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曾英/舒朝著EnSM:通過偶極-偶極相互作用實現界面調節助力無負極鋰金屬電池

曾英/舒朝著EnSM:通過偶極-偶極相互作用實現界面調節助力無負極鋰金屬電池
鋰電極表面固體電解質界面(SEI)的結構和組成決定了鋰金屬電池(LMB)中鋰的沉積/剝離行為,而這種行為是由電解液中Li+離子的溶劑化結構決定的。
曾英/舒朝著EnSM:通過偶極-偶極相互作用實現界面調節助力無負極鋰金屬電池
圖1. 電解液的溶劑化結構表征
成都理工大學曾英、舒朝著等提出了一種通過引入陰離子受體(3-(三氟甲基)苯硼酸,FBA)來調整Li+離子溶劑化結構中陰離子配位環境的偶極-偶極相互作用策略。根據拉曼光譜分析和分子動力學(MD)模擬,得益于FBA分子中的缺電子硼(B)位點與TFSI-陰離子之間的偶極-偶極相互作用,豐富的TFSI-陰離子參與到Li+離子的溶劑化鞘中,降低了TFSI-陰離子的還原穩定性。
此外,陰離子親和力強的FBA分子能有效增加Li+離子溶劑化結構中NO3-陰離子的數量。因此,在陰離子受體修飾電解液中成功構建了富含雙陰離子(TFSI-和NO3-)的Li+離子溶劑化結構。
曾英/舒朝著EnSM:通過偶極-偶極相互作用實現界面調節助力無負極鋰金屬電池
圖2. 對鋰負極的影響
得益于上述溶劑化結構,這項工作成功地在鋰電極表面構建了具有優異電子絕緣性、高機械堅固性和鋰離子導電性的優良SEI,從而有效地抑制了鋰枝晶的形成,改善了鋰離子沉積動力學。
因此,采用陰離子受體修飾電解液的Li|Li電池可在600次循環內實現可逆的鋰沉積/剝離。組裝的無負極Cu||LFP全電池可顯著提高循環穩定性,在180次循環后仍能保持73.6%的初始容量。此外,N/P比為3.42以下的Cu@Li||S全電池的循環穩定性也顯著提高(200次循環后容量保持率超過70.38%)。
曾英/舒朝著EnSM:通過偶極-偶極相互作用實現界面調節助力無負極鋰金屬電池
圖3. 全電池性能
Dendrite-free Lithium Deposition enabled by Interfacial Regulation via Dipole-dipole Interaction in Anode-free Lithium Metal Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102959

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