浙工大陶新永/佴建威ACS Nano：700V高压下原位构建稳定的人工SEI!

锂金属负极（LMAs）被认为是高能锂离子电池最有希望的候选者之一。然而，自然形成的固体电解质界面（SEI）并不令人满意，这会导致枝晶不断生长，从而阻碍LMA的实际应用。

浙江工业大学陶新永、佴建威等通过在超高压下原位电沉积电解液溶剂，在LMA上构建了稳定的电解碳基杂化(ECH)人工SEI。

图1 ECH层的形成和作用示意

具体而言，作者通过在700 V超高压下原位电解常见的有机溶剂1,2-二甲氧基乙烷(DME)，以在LMA表面构建稳定的人工SEI。之所以选择DME，是因为它具有相对较高的介电常数（7.2 F m^-1），这可能会提高允许的电场强度极限。

因此，作者将理论计算与实验结果相结合，提出了在施加电压为700 V时原位构建ECH层的可能形成机制。得到的ECH具有内外层，其中内层包含氧化锂和以C-O物种为主的聚合物，无定形碳组分作为外层，这有效地密封了锂表面，并可以增强机械强度和锂离子电导率。此外，来自C-O键的强Li⁺亲和力意味着ECH层可以在循环后被锂化，从而导致连续的Li⁺吸附效应和无枝晶的锂沉积。

图2 ECH层分析

结果，在该ECH层的保护下，对称电池在5 mA cm^-2的电流密度和5 mAh cm^-2的超高沉积容量下表现出超过500小时的稳定长期循环性能。采用 Li[Ni_0.8Co_0.1Mn_0.1]O₂或LiFePO₄正极组装的全电池也具有长期的循环寿命和出色的容量保持能力。

此外，这种方案的优势在于，可以通过简单地改变电解液的类型、电压、电沉积时间和其他参数来控制LMA表面上所制备材料(SEI)的组成和纳米结构。

图3 全电池性能

In-Situ Electrodeposition of Nanostructured Carbon Strengthened Interface for Stabilizing Lithium Metal Anode. ACS Nano 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c04025