【原】湖南大学《AFM》：获得高效的阳极/阴极电解质界面！

锂离子电池(LIB)以其优异的循环性能和较高的能量/功率密度，在便携式电子设备和电动汽车中取得了巨大的成功。然而，它们的能量密度很难满足未来的需求。优化组成和结构的固体电解质界面(SEI)和阴极电解质界面(CEI)被认为是锂离子电池的关键。

 

来自湖南大学的研究人员，以六氟异丙基三氟甲磺酸(HFPTf)为电解质添加剂，原位设计了梯度氧化硫化锂(Li₂SO_x，x=0，3，4)/均匀氟化锂(LiF)型SEI。在电解液中，HFPTf由于其较高的还原电位，更容易在锂阳极表面被还原。此外，HFPTf能使Li⁺容易解溶，导致Li⁺在阳极表面的通量增加，从而避免了Li枝晶的生长。在0.5 mA cm⁻²时，Li|Li对称电池的循环稳定性提高到1000h。此外，含HFPTf的电解液能使Li||NCM811电池在100 mg⁻¹下循环150次的情况下容量保持率达70%，这主要是由于在正极表面形成了均匀稳定的CEI，阻碍了金属离子从正极溶解。本研究对添加剂在“一相和两相相间”(电解质和SEI/CEI)中具有很强的电解质调节能力提供了有益的启示。

 

论文链接：

https:///10.1002/adfm.202104395

图1| a)EC、DMC、HFPTf和MSIPE分子氧化还原势的理论计算；b)HFPTf在Li表面的CAR-Parrinello分子动力学模拟。

 

图2| a，b)Li||Li对称电池在空白和含HFPTf的电解液中，以及在容量为0.5mAh cm⁻²的1 mA cm⁻²和含MSIPE和HFPTf的电解液中的循环稳定性。

 

图3| 10次循环后Li||Li对称电池F 1s的XPS谱。

 

图4| a)在空白电解液和含1.0wt%HFPTf的电解液中，Li||NMC811充满电池的倍率性能和b)循环性能。

 

图5| NMC811阴极循环的HRTEM图像

 

图6| a，b)加/不加HFPTf的电解液优化Li金属阳极和提高Li||NCM811电池性能的机理图.

综上所述，本文成功地探索了HFPTf作为一种有效的添加剂来改善LMBs的循环稳定性，并讨论了HFPTf在电解质中Li⁺溶剂化结构中的作用及其对SEI/CEI的贡献。HFPTf可以使Li⁺更容易解溶，从而增加Li⁺在锂阳极表面的通量。此外，在锂阳极表面可获得梯度Li₂SO_x/均匀LiF型SEI，在阴极表面可获得均匀的CEI，从而分别稳定电极/电解质界面。优良的SEI极大地提高了锂负极在129.5.5 mA cm⁻²下1000h的循环稳定性，容量为0.25mAh cm⁻²，并使Li||NMC811充满电池在100 mA g⁻¹下循环150次后获得129.5 mAh g⁻¹。本工作为采用单电解质添加剂改善一液两电解质中间相的性能提供了参考。（文：SSC）