锂金属拥有十倍于传统矛_甉|的比定wQ其拥有高理论定w Q?/span>3860 mAh g-1Q和极低的电(sh)化学?sh)?/span> Q?/span>-3.04 V vs. 标准氢电(sh)极）(j)。因此，被公认ؓ(f)是助力下一代锂甉|实现能量密度高于500 Wh/kg目标中最有希望的负极材料。然而，锂金属表面由于枝晶的生长和显著的体积变化而生成的不稳定的SEI膜是D锂金属电(sh)池低的库伦效率、@环性能快速衰退、电(sh)解液消耗、甚臛_IK膜短路的主要因素。研I表明，寚w金属表面q行界面处理Q是提高甉|性能、实现高能量密度的有效方式。近期关于锂金属界面的设计往往集中于引入钝化保护层作ؓ(f)锂金属沉U的~冲区域Q在保证物理化学相容性的前提下通过控制锂离子流来获得更均匀的锂沉积q程。这L(fng)界面保护层通常?x)引入一定质量，往往过锂金属膜本n的质量，因此一定程度上牺牲?jin)锂金属带来的能量密度优ѝ通过预处理生成稳定可靠的SEI膜优化锂金属的方式鲜有报道?/span>
q日Q威斯康星大学密?dng)沃基分?span style="font-family:Calibri;">Junjie NiuNl的研究人员在锂金属甉|的优化方面取得显著进展。通过?span style="font-family:Calibri;">30微米厚的薄锂金属表面的原位化学反应生成包含锂盐与有机柔性高分子材料相结合，构徏hE_机械性能和电(sh)化学性能的h?span style="font-family:Calibri;">SEI膜，实现锂金属电(sh)极显著提高的循环性能。在此结构中Q有机柔性高分子Q聚氨基腈）(j)|络有助于锂金属适应体积变化造成的弹性Ş变，有效避免循环q程中裂痕的形成。前׃与超薄锂金属反应形成的金?span style="font-family:Calibri;">-有机-?span style="font-family:Calibri;">LiCN可在锂金属与人工SEI膜之间Ş成紧密而稳定的q接。同Ӟ均匀分布的无机锂盐和氟化锂可有效提高d?sh)导率，有助于Ş成更薄的E_?span style="font-family:Calibri;">SEIQ从而减@环过E中锂离子的损失。在XPS深度图谱表征中，含基团的柔性高分子|络贯穿整个人工SEI膜上表面Q深入表面约70U米Q无机锂?span style="font-family:Calibri;">LiTFSI贯穿整个人工SEI膜至220 U米Q氟化锂更是嵌入锂金属内部数癄c뀂在甉|试中，人工SEI膜预处理锂金属电(sh)极可?span style="font-family:Calibri;">3mA/cm2甉|密度下@?span style="font-family:Calibri;">2000时后实?span style="font-family:Calibri;">80mV的低q电(sh)位。作为对照，未处理锂金属甉|在相同电(sh)密度下循环300时后出现短路。研I在贫电(sh)解液条g?nbsp;Q可辑ֈ高能量密度）(j)发现人工SEI膜有效g~了(jin)锂金属对?sh)解液的消耗。于此同Ӟ使用人工SEI预处理锂金属极的定w?span style="font-family:Calibri;">300mAh的Y包电(sh)池可在@?span style="font-family:Calibri;">150ơ后保留81%以上的容量，q高于用未处理锂金属电(sh)极的同容量Y包电(sh)池?/span>
?span style="font-family:Calibri;">1. Q?span style="font-family:Calibri;">aQh?/span>SEI的制备过E以?qing)与l构。锂金属表面与（bQ?/span>CAN和（cQ?/span>ACN, LiTFSIQ?span style="font-family:Calibri;">HFE混合溶液反应后的SEM照片。@环过E中在（dQ未处理锂金属表面和Q?span style="font-family:Calibri;">eQh?span style="font-family:Calibri;">SEI预处理锂金属表面SEI的Ş成过E及(qing)l构?/span>
?span style="font-family:Calibri;">2. Q?span style="font-family:Calibri;">aQh?span style="font-family:Calibri;">SEI预处理后的锂金属表面?/span> STEM ADF照片相应的元素分布图。（bQ?span style="font-family:Calibri;">HRTEM认人工SEI?span style="font-family:Calibri;">LiF?span style="font-family:Calibri;">LiCN的Ş成。（c-fQ?span style="font-family:Calibri;">LiQ?span style="font-family:Calibri;">CQ?span style="font-family:Calibri;">NQ和F K-edge?span style="font-family:Calibri;">EELS图谱。（gQ未处理锂金属表面与Q?span style="font-family:Calibri;">hQh?span style="font-family:Calibri;">SEI预处理锂金属表面?span style="font-family:Calibri;">XPS图谱?/span>
?span style="font-family:Calibri;">3. 循环后的人工SEI预处理锂金属表面?span style="font-family:Calibri;">XPS深度图谱?/span>
?/span>4. Q?/span>a-cQ未处理锂金属和Q?/span>d-fQh?/span>SEI预处理锂金属循环q程C意囑֏(qing)?/span>1.0 mA/cm2甉|密度?/span>1.0 mAh/cm2能量密度下的镀锂和剥离后的SEM照片。h?/span>SEI预处理锂金属分别在（g,iQ?/span>3.0 mA/cm2甉|密度?/span>3.0 mAh/cm2能量密度下，和（h,jQ?/span>5.0 mA/cm2甉|密度?/span>5.0 mAh/cm2能量密度下的镀锂和剥离后的SEM照片。（k,lQ未处理锂金属和Q?/span>m,nQh?/span>SEI预处理锂金属循环前后?/span>3D表面形貌?/span>
?span style="font-family:Calibri;">5. Q?span style="font-family:Calibri;">a-dQ?span style="font-family:Calibri;">3.0 mA/cm2甉|密度?/span>3.0 mAh/cm2能量密度下的循环性能。（eQ未处理锂金属与Q?span style="font-family:Calibri;">fQh?span style="font-family:Calibri;">SEI预处理锂金属交流L图。（gQ首圈@环前?span style="font-family:Calibri;">NPV图?/span>
?span style="font-family:Calibri;">6. NCA与（a,bQ未处理锂金属，Q?/span>c,dQ?/span> SEI预处理锂金属Q?/span>10.0 vol% ACNQ，Q?/span>e,fQ?/span> SEI预处理锂金属Q?/span>20.0 vol% CANQ在1.25 ?L/mAhQ?/span>2.5 ?L/mAhQ和5.0?L/mAh的?sh)解质状态下的@环性能Q以?qing)?span style="font-family:Calibri;">5.0 ?L/mAh?sh)解质状态下W?span style="font-family:Calibri;">1Q第5Q第20Q和W?span style="font-family:Calibri;">50圈的充放甉|Uѝ?br />
l合有机-无机材料的高性能人工SEI膜的构徏可有效提高锂金属甉|的性能Qؓ(f)更可靠的、更安全的高能量密度锂电(sh)池电(sh)极的设计与研发提供了(jin)新的思\。相关研I成果已发表在?strong>ACS Applied Materials & Interfaces》期刊，题ؓ(f)?/span>Pre-Solid Electrolyte Interphase-Covered Li Metal Anode with Improved Electro-Chemo-Mechanical Reliability in High-Energy Density Batteries?/span>(DOI: 10.1021/acsami.1c05966)。除Junjie Niu教授外，作者还包括陈希博士和尚明伟博士?br />
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https://doi.org/10.1021/acsami.1c05966
