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為了防止副反應發(fā)生并保持鋰金屬負極的界面穩(wěn)定性，必須在鋰金屬和電解質之間形成穩(wěn)定的固體電解質界面（SEI）。近年來，提高鋰金屬負極界面穩(wěn)定性的有效策略主要集中在電解質設計方面。其中一種策略是通過調節(jié)電解質的降解過程或消耗電解質的特定成分來引入穩(wěn)定的SEI層。盡管如此，在使用碳酸鹽電解質時，鋰金屬負極表面仍然會發(fā)生寄生反應。

此外，由于鋰的高反應性，即使在低污染的手套箱中儲存，鋰表面也會形成鈍化層。即使采用最有效的電解質設計，這些鈍化層也無法從鋰表面完全去除。在自發(fā)的化學反應過程中，鈍化層的化學成分會沿著鋰表面發(fā)生變化。因此，電化學動力學也會在金屬負極的不同位置產生變化，導致不均勻的鋰離子通量，并導致鋰枝晶的生長。

在此，廈門大學固體表面物理化學國家重點實驗室孫世剛院士、黃令教授，海南師范大學王崇太教授等團隊提出了用七氟丁酸進行表面改性制備高穩(wěn)定性鋰金屬負極的技術。通過使用七氟丁酸對金屬鋰進行表面改性。鋰和有機酸之間的原位自發(fā)反應產生了七氟丁酸鋰的親鋰界面，用于無枝晶物的均勻鋰沉積，這大大改善了傳統(tǒng)碳酸酯基電解質中的循環(huán)穩(wěn)定性（在1.0 mA cm^?2，鋰/鋰對稱電池>1200 h）和庫倫效率（>99.3%）。

這種親鋰界面還能使全電池在實際測試條件下的300次循環(huán)中實現(xiàn)83.2%的容量保持。七氟丁酸鋰界面作為電橋，在鋰負極和電鍍鋰之間形成均勻的鋰離子通量，最大限度地減少了曲折的鋰枝晶的發(fā)生，降低了界面阻抗。

圖1. HFA-Li對抑制鋰枝晶生長的作用

具體而言，該工作證明了七氟丁酸鹽可以同時去除表面鈍化層，并在Li表面構建氟羧酸鋰保護界面。特別地，碳鏈長度為4的七氟丁酸鋰為Li負極提供了最好的保護。HFA處理后產生的保護界面提高了Li表面與碳酸鹽基電解質的化學親和力，促進了Li的均勻沉積，從而增強了Li金屬負極的循環(huán)穩(wěn)定性。

與使用裸Li生產的電池相比，使用HFA-Li負極組裝的Li/Li對稱電池和Li||NMC811全電池表現(xiàn)出顯著提高的循環(huán)穩(wěn)定性。這項工作中提出的路線被證明在下一代LMB的穩(wěn)定鋰金屬負極的設計和開發(fā)中是有用的。

圖2. HFA-Li負極的界面性質

Surface modification using heptafluorobutyric acid to produce highly stable Li metal anodes,Nature

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【DFT+實驗】孫世剛/黃令/王崇太，Nature子刊！

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