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高能量密度的電池正在深入研究和開(kāi)發(fā)中，其中金屬鋰電池是一個(gè)有前途的電池系統(tǒng)，其能量密度超過(guò)400Wh kg^?1。不幸的是，高活性的金屬鋰很容易與液體電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，并形成不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面（SEI）。

不穩(wěn)定的SEI導(dǎo)致不均勻的鋰鍍層/剝離，這降低了金屬鋰負(fù)極的庫(kù)侖效率，并最終導(dǎo)致金屬鋰電池的短壽命。研究表明，富含LiF的SEI是改善鋰離子均勻傳輸?shù)囊粋€(gè)有希望的解決方案。

黃佳琦/張學(xué)強(qiáng)EnSM：調(diào)節(jié)鋰金屬電池中的聚合物-溶劑相互作用實(shí)現(xiàn)氟化固體電解質(zhì)界面

在此，北京理工大學(xué)黃佳琦教授、張學(xué)強(qiáng)等團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)節(jié)鋰金屬負(fù)極上的聚合物涂層和電解質(zhì)中的碳酸氟乙烯（FEC）之間的相互作用，證明了構(gòu)建富含LiF的SEI。具有均勻分布的極性官能團(tuán)的聚合物涂層可以與FEC的中間分解產(chǎn)物相互作用，促進(jìn)LiF的形成。富含LiF的SEI保證了Li沉積的均勻性，這保證了鋰金屬電池在實(shí)際條件下穩(wěn)定運(yùn)行143次，而對(duì)照組為89次。

此外，一個(gè)1.0Ah的原型軟包電池在180次循環(huán)后保持了90%的容量。這項(xiàng)工作為通過(guò)調(diào)節(jié)溶劑和聚合物之間的相互作用來(lái)構(gòu)建富含LiF的SEI提供了一種新的嘗試，用于長(zhǎng)循環(huán)的鋰金屬電池。

圖1. 聚合物涂層的制備 ?

總之，該工作提出了一種通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物涂層和FEC分子之間的相互作用來(lái)構(gòu)建富含LiF的SEI的策略，以應(yīng)對(duì)實(shí)用金屬鋰電池的挑戰(zhàn)。帶有極性官能團(tuán)的聚合物涂層可以與FEC的中間分解產(chǎn)物相互作用，促進(jìn)LiF在金屬鋰表面的形成。富含LiF的SEI有利于提高鋰的利用效率，并在反復(fù)的鋰電鍍/剝離過(guò)程中穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極。因此，帶有PAN-b-PSBMA/Li負(fù)極的全電池在實(shí)際條件下經(jīng)歷了143次循環(huán)，而帶有原始Li負(fù)極的電池在89次循環(huán)后迅速失效。

此外，帶有PAN-b-PSBMA/Li負(fù)極的1.0Ah軟包電池在180次循環(huán)后仍然保持90%的容量保持率，這證實(shí)了PAN-b-PSBMA/Li負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用潛力。這項(xiàng)工作證明了形成富含LiF的SEI以穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極的一種有前途的策略，而且這種簡(jiǎn)便的策略有可能擴(kuò)展到其他電池系統(tǒng)。

圖2. 實(shí)際條件下全電池的循環(huán)性能

Fluorinating Solid Electrolyte Interphase by Regulating Polymer–Solvent Interaction in Lithium Metal Batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI:?10.1016/j.ensm.2023.102799

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