​王永刚/王丽娜等AEM：锂金属负极的表面溴化实现高循环效率

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​王永刚/王丽娜等AEM：锂金属负极的表面溴化实现高循环效率
由于锂负极不受控制的枝晶生长，锂金属电池的循环寿命短且安全性差。具有均匀化学成分和物理结构的先进固体电解质界面（SEI）有望解决这些问题。
​王永刚/王丽娜等AEM：锂金属负极的表面溴化实现高循环效率
在此，复旦大学王永刚教授、东华大学王丽娜副教授及美国波士顿学院Junwei Lucas Bao教授等人通过可扩展的化学钝化方法提出了锂金属负极的表面溴化策略，通过1-溴辛烷（C8H17Br）和 Li之间的反应在锂金属表面上形成LiBr增强的SEI层。综合材料和电化学表征表明，富含LiBr的SEI可实现快速的Li+转移动力学并有效抑制枝晶生长。
同时，DFT计算表明具有高吸附能（-1.82 eV）和低Li+扩散能垒（0.015 eV）的LiBr晶面（111）促进了Li+的传输。原位光学显微镜显示，作为SEI中主要成分的LiBr在调节锂沉积行为中起着至关重要的作用。相比之下，作者进一步证明依赖电解液中的LiBr/LiNO3添加剂效果较差。而在SEI中加入LiBr可保证电池的使用寿命且SEI可承受极端温度，LiBr改性的锂金属电极（LiBr@Li）与乙醚和碳酸酯电解液均兼容。
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图1. LiBr@Li电极的制备及表征
因此，基于LiBr@Li的对称电池可在0.5 mA cm-2、1 mAh cm-2下稳定循环2400小时且过电位小于15 mV。相比之下，LiǀǀLi电池仅能维持小于500小时的稳定循环，随后在长时间循环后电位会出现剧烈波动。值得注意的是，即使在50 °C下，LiBr@LiǀǀLiBr@Li电池仍在0.5 mA cm-2下实现了1000小时的稳定循环且过电位为20 mV，证明了富含LiBr的SEI在高温下的耐久性。
此外，当与商业正极搭配使用时，LiBr@Li电极还可获得优异的循环和倍率性能。组装的LiBr@Li||LFP电池在0.5 C的电流倍率下可提供134 mAh g-1的放电容量和500次循环后的 88.1% 的容量保持率。总之，这项工作提供了一种有效的策略来调节锂的沉积/剥离行为，有望解决高能锂金属电池的安全问题。
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图2. LiBr@Li||LFP电池的电化学性能
Surface Bromination of Lithium-Metal Anode for High Cyclic Efficiency, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202203233

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