锂(Li)金属因其超高的理论容量(3860 mAh g-1)和低电化学势能(相对于标准氢电极为-3.04 V)而被广泛认为是理想的电极材料,它是石墨的10倍( 372 mAh g-1)。当锂金属正极与高容量负极(氧气,硫等)耦合时,,可以优化锂金属电池(LMBs)的理论能量密度,这被认为是超越锂离子电池的下一代可充电电池。不幸的是,锂金属对极性电解质成分(溶剂,多硫化物,添加剂等)在热力学上不稳定,这会导致极其有害的副反应和循环过程中不受控制的锂枝晶生长,不稳定且重复的Li电镀/剥离也会导致Li从阳极流失。上述特征引发了LMBs的库仑效率低和安全性问题。为解决上述问题,已提出了多种方法:(1)使用锂复合材料或合金代替锂金属阳极以在一定程度上减少或避免锂枝晶的形成。(2)用适当的电解质添加剂构建原位固体电解质界面(SEI)膜,以抑制锂金属电极上的枝晶生长和化学腐蚀。(3)具有抗化学腐蚀和枝晶形成的坚固且可修改结构的人造SEI膜。但是,由于电势低,目前仍不能令人满意的策略。原位SEI膜的机械模量,人工SEI中的离子电导率低,锂合金电极上的锂金属和电解质成分之间不可避免的接触以及原位SEI膜和/或锂离子流动不均匀锂合金电极。上述不足仍然限制了锂阳极的长期循环稳定性。因此,迫切需要开发一种有效且简便的策略来保护锂阳极,从而增强LMBs的稳定性。近日,河南大学赵勇等人通过使用溶剂的极性差异来保护锂金属正极,并在2000 h以上的长期运行中,对液/液两相电解质界面进行了概念验证研究。该研究首次成功展示了锂金属电池中的可以持续使用锂金属电极的液液两相电解质界面。
主要亮点:
1)由非极性氟硅烷和极性二甲基亚砜建立的液液两相电解质界面的概念验证研究。 液液电解质界面具有出色的抑制Li阳极腐蚀和枝晶生长的能力,显示了Li ׀ Li对称电池在2000 h内的长期稳定性。
2)此外,以Li-O2电池为模型LMB,与传统的玻璃纤维和固态无机电解质膜相比,液液电解质界面可以显着提高Li-O2电池的循环稳定性(超过4倍),至600次循环,容量仍为500 mAh/g。尽管这项工作主要集中在锂金属电池上,但该策略也适用于其他基于碱金属的电池,例如钠金属电池和钾金属电池等。
Xiaofeng He et al,.A Liquid/Liquid Electrolyte Interface Inhibiting Corrosion and Dendrite Growth of Lithium in Lithium-Metal Batteries,Angew. Chem. Int. Ed,2020
DOI:10.1002/anie.201914532
https://doi.org/10.1002/anie.201914532