张海涛/吉晓燕AFM：LiFSI/LiTFSI/LiPFSI对PEO基锂金属电池SEI的影响

富含LiF的固体电解质-中间相（SEI）可以抑制锂枝晶的形成，促进锂金属电池的可逆运行。调节自然形成的SEI的组成是一个有效的策略，而了解氟（F）基锂盐对SEI特性的影响和作用是具有挑战性的。

图1 SPE的表征

中科院过程所张海涛、吕勒奥理工大学吉晓燕等分别选择LiFSI、LiTFSI和LiPFSI与聚环氧乙烷和聚酰亚胺制备固态聚合物电解质（SPE），以研究锂盐的分子大小、F含量和化学结构（F连接键）的影响，并揭示SEI中LiF的形成。为制备SPE，由于环氧乙烷（-CH₂CH₂O-, -EO-）单元的高溶解能力和工业上的成熟性，选择了PEO作为聚合物宿主，而聚酰亚胺（PI）则被用作基体以提高整体机械强度。

通过COMSOL模拟跟踪了与枝晶抑制能力相关的Li⁺通量，并通过X射线光电子能谱（XPS）和飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）检测了形成的SEI中的成分和LiF含量。另外，根据从头算分子动力学（AIMD）模拟结果，提出了采用LiPFSI的SPE在SEI中的LiF生成过程。

图2 全电池性能

研究表明，F连接键比分子大小和F元素含量更重要，因此，使用LiPFSI的电池性能略好于LiTFSI，远好于LiFSI。另外，含有LiPFSI的SPE可以产生大量的LiF，含有LiPFSI和LiTFSI的SPE可以产生Li₃N，而含有LiFSI的SPE在SEI中没有Li₃N产生。

LiPFSI中的优先断裂键与它在锂负极的位置有关，其中锂金属作为负极对形成LiF很重要。该工作提供了一个深刻的理解，当用锂盐开发SPE时SEI的形成和特点，这可以启发合理设计具有强大电化学性能的SPE。

图3 SEI分析

Impact of Fluorine-Based Lithium Salts on SEI for All-Solid-State PEO-Based Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202303718