肖圍教授課題組在Advanced Functional Materials上發(fā)表通過集成Li₂O增強電極吸附/去氟化構筑高性能鋰金屬電池最新研究成果

10月8日，長江大學化學與環(huán)境工程學院肖圍教授課題組在高性能鋰金屬電池領域取得重要研究進展，其成果"Li₂O-Integrated Electrodes Enabling Enhanced Adsorption/Defluorination Kinetics toward LiF-Rich Interphase for High-Performance Lithium Metal Batteries"發(fā)表于國際頂級學術期刊Advanced Functional Materials。該研究創(chuàng)新性地通過電極設計，集成對碳酸酯電解液中含氟組分吸附/去氟化能力強的納米氧化物，在金屬鋰電極表面原位構筑了化學/電化學穩(wěn)定的含氟保護層，改善了鋰金屬負極的電化學性能。李國成博士為論文第一作者，肖圍教授為論文第一通訊作者，長江大學為論文通訊第一單位。

內容簡述：

鋰金屬負極因其極低的氧化還原電位和極高的理論比容量，被視為下一代高能量密度電池的理想選擇。然而，其實際應用受限于較差的循環(huán)穩(wěn)定性，主要歸因于與碳酸酯電解液的高反應性。這種反應導致形成不穩(wěn)定的固體電解質界面（SEI），在循環(huán)過程中易破裂，持續(xù)消耗活性鋰和電解液。同時，天然SEI在組成、形貌和離子導率上的不均勻性會引發(fā)鋰離子通量分布不均和成核位點雜亂，進而導致枝晶生長和電池短路。構建穩(wěn)定均一的SEI層成為抑制副反應和枝晶問題的關鍵。研究發(fā)現，富含LiF等無機成分的SEI可有效提升界面穩(wěn)定性。現有策略（如高濃度電解液、添加劑和表面修飾）主要通過調控電解液組成或界面化學來促進含氟物種分解生成LiF，但往往依賴復雜配方或精密工藝。相比之下，從電極設計入手，開發(fā)能高效吸附并促進含氟組分去氟化的新方法，為構建穩(wěn)定富LiF界面提供了更具潛力的替代路徑。

本研究提出了一種通過調控復合電極對含氟電解質組分的吸附與去氟化動力學，以定向構筑富LiF界面的新策略。采用機械化學方法，在Li/Li₂₂Sn₅復合電極中實現了Li₂O納米顆粒的原位、均勻嵌入。研究表明，Li₂O對PF₆?和氟代碳酸亞乙酯（FEC）具有強吸附能力，可加速其自發(fā)去氟化過程，進而引導形成以陰離子/FEC衍生物為主的富LiF 固體電解質界面。結合光譜學表征與理論計算，證實了Li₂₂Sn₅表面對含氟物種具有優(yōu)先吸附與去氟化促進作用具有優(yōu)先吸附與去氟化促進作用，揭示了該界面結構的形成機制。同時，穩(wěn)定的Li₂₂Sn₅合金骨架有助于引導均勻鋰沉積并緩沖體積變化，與Li₂O協(xié)同增強電極穩(wěn)定性。該復合負極在碳酸酯電解液中實現50次循環(huán)內平均庫侖效率99.0%。與LiCoO₂正極組裝的完整電池在苛刻條件（N/P = 2:1，貧電解液20 μL）下表現出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，面容量為3.3 mAh cm?²，200周后容量保持率達87.0%；180 mAh軟包電池在100次循環(huán)后仍保持78.2%的容量，充分證明了該電極設計策略的實際應用潛力。

該研究工作得到了國家自然科學基金（52272207和52274292）、北京自然科學基金（2192029）、湖北省杰出青年基金（2020CFA090）等項目的支持。

圖文摘要：

圖（a）Li/Li₂₂Sn₅/Li₂O電極吸附/去氟化構筑富含LiF固態(tài)電解質界面層示意圖；（b）LiCoO₂||Li/Li₂₂Sn₅/Li₂O、LiCoO₂||Li電池循環(huán)性能對比圖。

文章鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202523194

（審核：肖圍    編輯：常艷玲）