江汉大学王德宇Angew：FSI⁻通过原位构建实现自修复SEI

锂金属负极上的固体电解质相（SEI）在运行过程中往往会破裂并发生重构，从而导致锂金属电池衰减加速。值得注意的是，具有自修复特性的 SEI有助于稳定锂/电解质界面。然而，将修复剂均匀固定在负极上仍是一项具有挑战性的任务。

在此，江汉大学王德宇团队利用双（氟磺酰）亚胺（FSI^–）阴离子的显著成膜特性和乙烯基的光聚合特性，将离子液体 1-乙烯基-3-甲基咪唑鎓双（氟磺酰）亚胺（VMI-FSI）与聚环氧乙烷（PEO）交联，形成了一层由FSI^–基团作为修复剂的自修复膜。当其遇到金属锂时，FSI^–基团会化学分解成 LiF 和 Li₃N，从而在锂金属表面形成 SEI并修复锂枝晶裂缝中的 SEI。

此外，从修复膜中交换出的 FSI^– 阴离子通过电化学分解生成无机盐，从而强化 SEI。基于此，负载量为 16.3 mg cm^-2的钴酸锂/ Li电池显示出 183.0 mAh g^-1 的初始放电容量，并可在 3.0~4.5 V vs Li⁺/Li 的电压范围内可稳定运行 500 个循环且保持率达 81.4%。

图1. 人工SEI的制备原理图及循环过程中锂金属负极的SEI演变

总之，该工作以阳离子聚合物为骨架，以 FSI^–阴离子为修复剂，开发了一种新型自修复人工 SEI （简称 V 膜）。具体而言，V 膜是在锂负极上通过紫外光聚合 PEO 和 VMI-FSI 单体合成。V 薄膜中聚合物阳离子结合的FSI^–阴离子可与锂金属和锂枝晶发生反应形成丰富的无机化合物（如 LiF 和 Li₃N）。

此外，在循环过程中缓慢释放的 FSI^–阴离子可在 V 型膜表面富集，分解成大量无机物，帮助修复破裂的SEI。得益于 V 膜的自修复特性，高正极负载（16.3 mg cm^-2）的Li/钴酸锂电池在超过 500 次和 300 次循环中表现出优异的循环性能，在 4.5 V 和 4.6 V vs Li⁺/Li 截止电压下的容量保持率分别为 81.4% 和 61.4%。因此，该项研究为设计保护锂金属负极的自修复薄膜提供了一种新策略。

图2. 钴酸锂/Li全电池的电池性能

Binding FSI⁻ to Construct a Self-Healing SEI Film for Li-Metal Batteries by In-situ Crosslinking Vinyl Ionic Liquid, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202402456

原创文章，作者：Jenny（小琦），如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/03/21/bc930883c1/

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