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孙世刚院士团队黄令教授在锂金属电池锂金属负极界面稳定性研究取得新进展
发布时间:2023年06月02日 来源:化学化工学院

孙世刚院士团队黄令教授在锂金属电池锂金属负极界面稳定性研究取得新进展,相关成果以“Surface modification using heptafluorobutyric acid to produce highly stable Li metal anodes”为题,在线发表于Nature Communications(DOI: 10.1038/s41467-023-38724-x)。

金属锂由于其高理论比容量(3860 mAh g-1)和低电极电位(-3.040 vs. SHE)而被认为是下一代高比能电池的理想负极材料。金属锂负极与高镍层状材料正极材料配对使用,被认为是未来最具潜力的正负极组合之一。然而,金属锂与大多数液体有机电解液不兼容,特别是与商业化碳酸酯类电解液会有明显的副反应,这严重阻碍了锂金属负极的规模化应用。

该研究采用含氟羧酸处理锂金属表面的方法去除锂表面的钝化界面,同时原位构建一个具有亲锂性的保护层(含氟羧酸锂保护层)。研究人员进一步探究了含氟羧酸碳链长度对锂金属循环稳定性的影响,结果表明,七氟丁酸锂保护层(碳链长度=4)对锂金属提供了最好的保护。经过含氟羧酸处理后,锂金属对电解液的润湿性增强,并消除了钝化层、增加了锂离子流量、降低了界面阻抗,实现锂沉积过电位降低。同时,含氟羧酸锂界面层有效地均匀了锂离子通量,诱导了均匀的锂沉积,减少了大量被SEI捕获的而失去电子通道连接金属锂的形成。最终,该工作实现锂金属负极循环过程中的高库伦效率、高稳定性以及抑制锂枝晶形成。

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该研究工作是在孙世刚教授、黄令教授和海南师范大学王崇太教授的共同指导下完成。2020级博士生谢宇翔为该论文的第一作者。该项工作得到了国家重点研发计划(2021YFB2400300)和国家自然科学基金(22172133,22288102)以及海南院士创新平台研究项目(YSPTZX202038)的支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-38724-x

(化学化工学院)

【责任编辑:谢晨馨】
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