【DFT+实验】孙世刚/黄令/王崇太，最新Nature子刊！

为了防止副反应发生并保持锂金属负极的界面稳定性，必须在锂金属和电解质之间形成稳定的固体电解质界面（SEI）。近年来，提高锂金属负极界面稳定性的有效策略主要集中在电解质设计方面。其中一种策略是通过调节电解质的降解过程或消耗电解质的特定成分来引入稳定的SEI层。尽管如此，在使用碳酸盐电解质时，锂金属负极表面仍然会发生寄生反应。

此外，由于锂的高反应性，即使在低污染的手套箱中储存，锂表面也会形成钝化层。即使采用最有效的电解质设计，这些钝化层也无法从锂表面完全去除。在自发的化学反应过程中，钝化层的化学成分会沿着锂表面发生变化。因此，电化学动力学也会在金属负极的不同位置产生变化，导致不均匀的锂离子通量，并导致锂枝晶的生长。

在此，厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室孙世刚院士、黄令教授，海南师范大学王崇太教授等团队提出了用七氟丁酸进行表面改性制备高稳定性锂金属负极的技术。通过使用七氟丁酸对金属锂进行表面改性。锂和有机酸之间的原位自发反应产生了七氟丁酸锂的亲锂界面，用于无枝晶物的均匀锂沉积，这大大改善了传统碳酸酯基电解质中的循环稳定性（在1.0 mA cm⁻²，锂/锂对称电池>1200 h）和库伦效率（>99.3%）。

这种亲锂界面还能使全电池在实际测试条件下的300次循环中实现83.2%的容量保持。七氟丁酸锂界面作为电桥，在锂负极和电镀锂之间形成均匀的锂离子通量，最大限度地减少了曲折的锂枝晶的发生，降低了界面阻抗。

图1. HFA-Li对抑制锂枝晶生长的作用

具体而言，该工作证明了七氟丁酸盐可以同时去除表面钝化层，并在Li表面构建氟羧酸锂保护界面。特别地，碳链长度为4的七氟丁酸锂为Li负极提供了最好的保护。HFA处理后产生的保护界面提高了Li表面与碳酸盐基电解质的化学亲和力，促进了Li的均匀沉积，从而增强了Li金属负极的循环稳定性。

与使用裸Li生产的电池相比，使用HFA-Li负极组装的Li/Li对称电池和Li||NMC811全电池表现出显著提高的循环稳定性。这项工作中提出的路线被证明在下一代LMB的稳定锂金属负极的设计和开发中是有用的。

图2. HFA-Li负极的界面性质

Surface modification using heptafluorobutyric acid to produce highly stable Li metal anodes,Nature Communications 2023 OI: 10.1038/s41467-023-38724-x

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