Small：高浓度LiFSI-THF电解质设计的富锂固体电解质界面层助力稳定的锂金属电池

Nanoyu

2021-10-12

锂（Li）金属是一种很有前途的锂金属电池（LMBs）负极材料。然而，其循环过程中不可控的枝晶生长和有限的库仑效率阻碍了其在可充电电池中的实际应用。

近日，韩国群山大学Kyung-Koo Lee报道了在LMBs中引入四氢呋喃（THF）作为电解质溶剂，详细研究了LiFSI浓度对提高Li金属负极循环稳定性的影响。

文章要点

1）值得注意的是，LiFSI浓度的控制显著改变了材料的物理性质、离子种类和电化学性能。与其它浓度相比，3.85 m LiFSI在THF中具有较低的还原电位（−0.05 V vs.Li/Li⁺）和较高的氧化电位（4.65V vs.Li/Li⁺），具有较宽的电化学稳定窗口（4.7 V）。

2）拉曼光谱显示，相关配合物如CIPs和AGGs的丰度在3.85 m LiFSI-THF的溶剂化结构中占主导地位，这是在Li金属负极上存在稳定且富含LiF的SEI层的必要组分。这使得Li||Cu电池在1000次循环后有较高的CEs(≈99%)，在1000 h以上获得低极化，在Li||LFP电池500次循环后容量保留率高达99.7%。

3）研究人员通过密度泛函理论（DFT）计算和FPMD方法研究了3.85 m LiFSI-THF体系的还原稳定性。在高盐浓度下，Li⁺与阴离子之间的强相互作用降低了阴离子在缔合态中未占据轨道的能量。结果，优选地还原FSI⁻阴离子以形成稳定且致密的FSI衍生的SEI层。

这项研究表明，3.85 m LiFSI-THF有望用于提高下一代LMB的寿命。

参考文献

Thuy Duong Pham, et al, Design of a LiF-Rich Solid Electrolyte Interphase Layer through Highly Concentrated LiFSI–THF Electrolyte for Stable Lithium Metal Batteries, Small 2021

DOI: 10.1002/smll.202103375

https://doi.org/10.1002/smll.202103375.