Arumugam Manthiram教授Angew: 无负极锂金属电池无机SEI的原位电位保持法

无负极锂电池被认为是高能量密度锂离子电池的终极形态。不幸的是，循环过程中不可逆的锂损失是造成无负极配置中的整体电池性能损耗的主要原因。为了减轻劣化，在负极集流体上建立坚固的固体电解质界面（SEI）非常重要。

在此，美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授等人提出了一种在第一次充电期间保持电位的简便原位电化学方法来促进盐阴离子的分解。该电位保持方法通过调节SEI成分使其更加无机化，从而提高锂金属循环能力，其中99.65%的平均CE是通过局部高浓度电解液（LHCE）实现的。

具体而言，该策略是在溶剂（碳酸盐或醚）不分解但溶解的盐分解的电位下采用间歇阶段，这导致盐衍生的SEI增强同时减少了有机物种的演变。此外，作者通过实施DFT进行的线性扫描伏安法（LSV）和最低未占分子轨道（LUMO）计算证明了该方法的基本原理。

图1. LSV实验及DFT计算

电位由LSV决定，其中含有溶剂化的盐阴离子开始被还原，同时避免溶剂支配的分解。DFT计算表明，接触离子对（CIP）对于具有较低LUMO水平的优先分解是必不可少的，而纯溶剂或以溶剂为主的溶剂化模型可能在较低的电位下分解。SEI成分通过XPS验证，锂沉积的形态差异证实了锂金属在电位保持后的CE增强。

作者使用碳酸盐、醚和LHCE验证了该过程的普遍效果，其中所有电解液均表现出增加的平均 CE。此外，Cu||LiFePO₄和Cu||LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂电池的循环寿命和放电容量也在电位保持后延长。这项研究表明，通过简便的电化学方法可以指导盐衍生SEI的形成，并且该方法的普遍性将为开发长寿命无负极锂电池铺平道路。

图2. 在各种电解液下有/无电位保持的无负极电池的电化学性能

A Facile Potential Hold Method for Fostering Inorganic Solid-electrolyte Interphase for Anode-free Lithium-metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202115909

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Arumugam Manthiram教授Angew: 无负极锂金属电池无机SEI的原位电位保持法

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