兩篇ACS Energy Lett.齊發，再談鋰金屬負極與SEI的“愛恨情仇” ！

背景介紹

鋰金屬負極因其較低的密度（0。534 g cm–3）、最低的電化學電位（與標準氫電極相比為-3。04 V）和超高的理論比容量（3860 mAh g–1），被視為下一代電池的“聖盃”。但是，在迴圈過程中由於非均勻的鋰沉積/剝離，鋰金屬負極會發生不可控的枝晶生長，從而形成大量“死鋰”和較厚的SEI，這一過程會耗盡電解液，縮短迴圈壽命，並造成重大安全風險。

4月7日，國際著名期刊

ACS Energy Lett.（IF: 19.003）

線上連續刊登兩篇鋰金屬負極及SEI的研究論文，一方面闡明瞭碳酸酯電解液中鋰的成核與生長機理及其與SEI的相互作用，另一方面透過單季銨鹽誘導形成錨定在鋰金屬表面的穩定SEI實現鋰負極的穩定迴圈。下面小編就來簡單分享一下這兩項工作，以供大家參考！

01

闡明鋰的成核與生長機理及其與SEI的相互作用

德國柏林材料與能源亥姆霍茲中心Ingo Manke、Yan Lu以及中科院青島能源所孫富

利用聚焦離子束掃描電子顯微鏡（FIB/SEM）和低溫透射電子顯微鏡（cryo-TEM）研究了碳酸酯基電解液中鋰在電沉積過程中的成核與生長、SEI及其相互關係。研究發現，在不同的電流密度下，Li+在電極-電解液介面附近的分佈變化決定了鋰沉積的形態演化。隨著電流密度的增加，電沉積的鋰從鋰球轉變為顆粒狀或柱狀沉積物，最後轉變為灌木狀物。對鋰沉積層內部結構的研究表明，鋰球以0。2 mA cm–2的低沉積速率堆積並散佈到電極表面，而在超過擴散極限電流的高電流密度下，會出現由鋰球、鋰晶須和大塊鋰組成的灌木狀沉積物。同時，作者認為鋰球是鋰須的起源。球形沉積層以非晶態鋰為主，而鋰晶須則是高度結晶的。此外，鋰球表面覆蓋著一層薄薄的、LiF為主的SEI層，這種SEI層是不均勻的，可能在SEI破裂的地方誘導新的Li核形成。相比之下，枝狀Li上會出現較厚且富含有機物的SEI，這阻礙了電荷在SEI層上的傳輸。結果，新的Li核優先形成在缺陷豐富的區域（例如，扭結）和鋰晶須的尖端。總之，這項工作所提出的鋰的成核和生長機制及其與SEI生長的關係為電化學鋰沉積行為提供了新的認識。

圖1 隨著沉積電流的增加，Li的形貌變化

圖2 鋰的成核和生長機理示意圖

Unravelling the Mechanism of Lithium Nucleation and Growth and the Interaction with the Solid Electrolyte Interface。 ACS Energy Letters 2021。 DOI： 10。1021/acsenergylett。1c00551

2

單季銨鹽誘導形成錨定在鋰金屬表面的穩定SEI

受吡啶衍生物可作為錨定單元在鹼金屬表面形成均勻鈍化層的啟發，

瑞士弗裡堡大學Ali Coskun、韓國首爾大學Jang Wook Choi

報道了一種能夠透過吡啶部分作為電解液新增劑錨定在鋰金屬表面上的單季銨鹽。作者透過系統地改變錨定單元的數量和空間排列，以及帶有PF6反陰離子的正電荷的數量，探究了其對鋰金屬保護的影響。研究發現，高表面濃度的PF6反陰離子及其與沉積鋰的直接反應有助於LiF在表面鈍化層中的原位形成和均勻分佈。因此，單季銨鹽離子透過穩定的吡啶基錨固作用，形成了離子導電性緻密的SEI，在醚基和碳酸酯基電解液中均顯示出優異的迴圈效能，從而清楚地證明了錨定策略對鋰金屬表面保護的重要性。從廣義上講，這種策略通常可以應用於其他由於不希望的形態演變而導致介面不穩定的反應電極。

圖1 4, 4′-聯吡啶單季銨鹽衍生物的化學結構及相應的錨定機制

圖2 醚類電解液中的電化學效能

圖3 碳酸酯類電解液中的電化學效能

Stable Solid Electrolyte Interphase Formation Induced by Monoquat-Based Anchoring in Lithium Metal Batteries。 ACS Energy Letters 2021。 DOI： 10。1021/acsenergylett。1c00274

公眾號改版，為防失聯，

給公眾號加個星吧~

分享點贊加在看，來個【一鍵三連】吧