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金属锂因其超高的理论比容量(3860mAh g−1)和最低的氧化还原电位(−3.04V)而被认为是高能量密度电池的负极。然而，由于界面反应失控和高比表面积锂沉积等问题，导致库仑效率(CE)低、容量迅速衰减和安全问题。这些缺点阻碍了二次锂-金属电池的商业化应用。尽管锂金属电池具有较高的能量密度和较低的还原电位，但由于缺乏可靠的固体电解质界面(SEI)，其电化学可持续性不足阻碍了锂金属电池的应用。来自江苏师范大学的学者通过正硅酸乙酯/正钛酸乙酯(TEOS/TEOT)电解质添加剂与锂阳极的原位缩合反应，构建了一种由聚钛硅氧烷(PTS)连接的坚固的SEI。在PTS中，Si-O-Si键具有较低的离子扩散势垒，为保证Li的正常沉积提供了Li+的传输途径。此外，具有较强Si-O-Ti键的三维交联PTS骨架减轻了体积变化的应变，并在Li剥离/电镀循环下保持了SEI的完整性。采用TEOS/TEOT电解质添加剂的Li|LiFePO4电池在3000次循环中表现出超稳定的循环性能，容量衰减率极低，为0.008%。本文研究了正硅酸乙酯/正硅酸乙酯作为的协同电解质添加剂，为调节锂阳极的界面性能提供了一种新的方法。相关文章以“Ion-Conductive Polytitanosiloxane Networks Enable a Robust Solid-Electrolyte Interface for Long-Cycling Lithium Metal Anodes”标题发表在Advanced Functional Materials。https:///10.1002/adfm.202110347 
图1.锂阳极与不同电解质添加剂的界面性质。a)原硅酸乙酯/原钛酸乙酯(TEOS/TEOT)添加剂在锂阳极上作用的示意图。锂阳极在不同电解质中浸泡24小时的扫描电镜图像：b)1.0M LiPF6的未改性电解液，溶解在碳酸乙烯/碳酸乙酯/碳酸二甲酯(EC/EMC/DMC，体积比为1：1：1)溶剂中；(c)正硅酸乙酯(TEOS)，d)TEOT(正钛酸乙酯)，以及e)TEOS/TEOT添加剂。f)Li|Li对称电池在不同电解质中的电化学阻抗谱曲线。添加剂含量是根据重量比计算的。g)具有初始固体电解质界面(SEI)的锂阳极的电荷转移电阻。
图2.含有不同添加剂的电解质的特性。a)不同电解质在分离器(上图为θ1)和锂阳极(下图为θ2)上的接触角。b)不同势能电容曲线。c)Li|Li对称电池在10 mV时的原态和极化后的EIS曲线。d)计时安培曲线。e)在1 mV s−1的扫描速率下Li|Li对称单元的塔菲尔曲线。
图3.不同电解液中的镀锂/剥离试验。Li|Li对称电池，a，b)1.0 mAcm−2，其分流面积容量为0.5mAh cm−2；c，d)2.0 mA cm−2，分流容量为1.0mAh cm−2；以及e，f)1.0 mA cm−2，分流面积容量为3.0mAh cm−2。
图4.锂阳极上的电沉积形貌。在4mA cm−2电流密度下，对a)未改性电解液和b)TEOS/TEOT电解液中电极/电解液界面进行了原位光学显微镜观察。c、d)在未改性电解液中Li阳极的俯视和横截面扫描电镜图像。f，g)俯视图和h)含TEOS/TEOT添加剂的电解液中锂阳极的横截面扫描电镜图像。
图5.锂金属阳极上不同电解质诱导的SEI特性。a)TEOS/TEOT电解液中三次电镀/剥离循环后锂阳极表面的SEM和元素图谱图像。。b)含正硅酸乙酯、正硅酸乙酯和两种添加剂(正硅酸乙酯/正硅酸乙酯)的电解液中形成的SEI层的傅立叶红外光谱。高分辨率c)O 1S和d)C 1S XPS谱。选择e)正和f)负飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)对经TEOS/TEOT添加剂处理的锂阳极进行分析。
图6.a)提出了TEOS和TEOT在锂阳极上的缩合反应。b)不同路径的计算自由能的变化。c)详细说明了PtS网络的形成及其在Li+扩散和沉积中的作用。d)模拟了Si-O-Si、Ti-O-Ti和Si- O-Ti键的Li+扩散路径，e)计算了扩散势垒。
图7.Li|LFP全电池的电化学性能。a)1C至10C的倍率性能；b)含TEOS/TEOT添加剂的Li|LFP全电池的恒流充放电曲线。c)在10C下的长期骑行性能。
在本工作中，通过使用协效性电解质添加剂TEOS/TEOT，获得了具有3D PTS聚合物连接器的致密、坚固的SEI。实验结果表明，与传统的酯基电解液相比，添加TEOS/TEOT添加剂的电解液具有优异的电化学性能。在10C的高倍率下，采用TEOS/TEOT的Li|LFP电池在3000次循环中可以保持75mAh g−1的比容量，容量衰减率极低，为0.008%/次。TEOS和TEOT的结合为延长锂金属电池的寿命提供了一个有趣的范例，并使连接到离子导电多米网络的强大SEI得以开发。因此，本文相信多功能添加剂可以改善锂金属阳极的性能，使其在未来的高能电池中得到应用。（文：SSC）
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