王书华/陈皓/刘宏AEM：人工SEI层使锂负极在空气中稳定4小时！

锂金属是一种很有前途的高能量密度电池的候选材料。然而，锂对空气的高度不稳定性和循环过程中的枝晶生长是阻碍金属锂电池（LMB）商业应用的关键挑战。

图1 制备工艺和作用示意

山东大学王书华、陈皓、济南大学/山东大学刘宏等通过将锂浸入0.1 M的三氟甲磺酸锌溶液1分钟，在锂表面引入了有机/无机混合的人工固体电解质界面相（SEI）。所设计的混合SEI使锂金属在空气中的高稳定性达4小时，并且使锂负极在循环中无枝晶形成。

为此，作者对人工有机/无机SEI在空气稳定锂负极和抑制锂枝晶生长的机制进行了分析。密度函数理论（DFT）计算表明，均匀分布的LiF和Zn吸收了-CF₃有机基团，降低了O₂、H₂O和CO₂对Li的吸收能量，从而使锂金属负极具有良好的空气稳定性。

图2 原位锂沉积观察和SEI分析

因此，在暴露于空气中4小时后，采用具有人工SEI的负极的对称电池中可以在0.5 mA cm^-2下循环600小时以上，Li||LiFePO₄（LFP）全电池中可以循环500次。

同时，有机/无机混合夹层在LMBs中也表现出良好的枝晶抑制作用。带有混合SEI的负极在对称电池中采用1,3-二氧戊环（DOL）和1,2-二甲氧基乙烷（DME）（1:1 v/v），而不使用任何添加剂，在2 mA cm^-2下循环了350小时以上。此外，Li||LFP（LFP的质量负载为≈10 mg cm^-2）全电池在1C下表现出超过300次循环。

图3 电化学性能研究

Promoting Air Stability of Li Anode via an Artificial Organic/Inorganic Hybrid Layer for Dendrite-Free Lithium Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301023

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王书华/陈皓/刘宏AEM：人工SEI层使锂负极在空气中稳定4小时！

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