Angew：在锂金属负极上原位构建异质层实现无枝晶锂沉积和高锂离子通量

Nanoyu

2023-01-14

构建高效的人工表面电解质界面(SEI)膜对锂金属电池的实际应用至关重要。

近日，北京化工大学Jin Qu通过在锂金属片表面均匀地反应转化层状硅酸锌纳米片，使亲锂金属锌和Li_xZn_y合金均匀但不连续地分散在Li_xSiO_y、Li₂O和LiOH连续的Li+导电组元中，原位构建了一种人造SEI膜。

文章要点

1）具有低结晶特征的硅酸锌纳米片状结构通过面对面的形式具有堆积的趋势，导致高效的原位反应转化和致密的锂化产物结构。这些Li_xSiO_y、Li₂O和LiOH作为优良的单离子锂离子导体，可以提高锂离子的导电性，缓解锂离子浓度梯度，缓解负极表面附近的快速耗尽，使锂离子通量在纳米尺度上均匀。同时，在内电场作用下，非连续锌金属和Li_xZn_y合金在人造SEI膜中的极化可以促进Li⁺通过保护层的传输。此外，这些位于负极和SEI膜界面的锌金属和Li_xZn_y合金可以作为高效成核位，降低成核势垒，极大地加速电荷转移过程。同时，人造SEI膜作为物理屏障，可以避免Li金属和电解液的副反应，并从机械上抑制Li树枝晶的过度生长。

2）所设计的SEI膜的协同效应对应于Li电镀/剥离过程的快速动力学。最终得到了在半电池、对称电池和全电池中具有优异电化学性能的无枝晶Li形貌。保护的Li||Cu半电池的柱效率高达98.9%。保护Li对称电池在2.0 mA cm^-2时极化~50 mV，时间为750 h，远低于裸Li负极400h时的350 mV。特别是具有锂保护负极和锂离子电池正极的全电池具有更高的容量和更长的循环寿命，每循环容量损失仅为0.027%，远低于未保护的锂离子电池(0.151%)。即使在~13 mg cm^-2的高LFP面积负载下，也实现了99.2%的容量保持率，远高于裸Li||LFP全电池的86.5%。

参考文献

Hong-Jun Liu, et al, In-Situ Constructing A Heterogeneous Layer on Lithium Metal Anodes for Dendrite-Free Lithium Deposition and High Li-ion Flux, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202217458

DOI: 10.1002/anie.202217458

https://doi.org/10.1002/anie.202217458