黄佳琦/张学强EnSM：调节锂金属电池中的聚合物-溶剂相互作用实现氟化固体电解质界面

高能量密度的电池正在深入研究和开发中，其中金属锂电池是一个有前途的电池系统，其能量密度超过400Wh kg⁻¹。不幸的是，高活性的金属锂很容易与液体电解质发生反应，并形成不稳定的固体电解质界面（SEI）。

不稳定的SEI导致不均匀的锂镀层/剥离，这降低了金属锂负极的库仑效率，并最终导致金属锂电池的短寿命。研究表明，富含LiF的SEI是改善锂离子均匀传输的一个有希望的解决方案。

黄佳琦/张学强EnSM：调节锂金属电池中的聚合物-溶剂相互作用实现氟化固体电解质界面

在此，北京理工大学黄佳琦教授、张学强等团队通过调节锂金属负极上的聚合物涂层和电解质中的碳酸氟乙烯（FEC）之间的相互作用，证明了构建富含LiF的SEI。具有均匀分布的极性官能团的聚合物涂层可以与FEC的中间分解产物相互作用，促进LiF的形成。富含LiF的SEI保证了Li沉积的均匀性，这保证了锂金属电池在实际条件下稳定运行143次，而对照组为89次。

此外，一个1.0Ah的原型软包电池在180次循环后保持了90%的容量。这项工作为通过调节溶剂和聚合物之间的相互作用来构建富含LiF的SEI提供了一种新的尝试，用于长循环的锂金属电池。

图1. 聚合物涂层的制备

总之，该工作提出了一种通过调节聚合物涂层和FEC分子之间的相互作用来构建富含LiF的SEI的策略，以应对实用金属锂电池的挑战。带有极性官能团的聚合物涂层可以与FEC的中间分解产物相互作用，促进LiF在金属锂表面的形成。富含LiF的SEI有利于提高锂的利用效率，并在反复的锂电镀/剥离过程中稳定锂金属负极。因此，带有PAN-b-PSBMA/Li负极的全电池在实际条件下经历了143次循环，而带有原始Li负极的电池在89次循环后迅速失效。

此外，带有PAN-b-PSBMA/Li负极的1.0Ah软包电池在180次循环后仍然保持90%的容量保持率，这证实了PAN-b-PSBMA/Li负极的实际应用潜力。这项工作证明了形成富含LiF的SEI以稳定锂金属负极的一种有前途的策略，而且这种简便的策略有可能扩展到其他电池系统。

图2. 实际条件下全电池的循环性能

Fluorinating Solid Electrolyte Interphase by Regulating Polymer–Solvent Interaction in Lithium Metal Batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102799

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