锂金属负极具有较高的理论比容量和较低的氧化还原电位，适合用于新一代锂离子电池负极材料，但由于其固体电解质界面不稳定，目前仍面临诸多挑战。
近日，韩国首尔大学Youn Sang Kim，庆北大学Jeeyoung Yoo报道了选择石墨烯作为导电CCN材料，并通过简单的涂布工艺将其涂覆到涂纸-芳族聚酰胺中，其中高模量的芳族聚酰胺纤维互相编织在一起。
文章要点
1）在所提出的体系中，石墨烯复合层中的CCN通过氟化复分解作用（一种新的F掺杂机制）诱导LiF形成稳定的SEI组分：在特定的溶剂环境（极性、致密、高介电常数）下，LiPF6电解质分解形成F-阴离子，与CCN在石墨烯中的sp2 C反应生成半离子C-F键，从而形成部分氟化的石墨烯涂层（F-掺杂态）。这些化学不稳定的半离子C–F键在镀锂过程中诱导形成LiF。
2）实验结果显示，涂有石墨烯的涂纸芳族聚酰胺充当导电框架，可以形成稳定的SEI，沿其表面具有大量LiF，因此即使在快速充电/放电条件下（20 mA cm−2 和1 mAh cm−2）也能保持LMA的优异循环特性，以及高电流密度和大面积容量（20 mA cm-2和20 mAh cm-2）。此外，采用该体系的Li/LiFePO4（LFP)电池在高20C倍率下1000次循环后仍保持初始容量的82.13%，表现出低容量衰减。
3）研究人员随后将这种F掺杂机制推广到其他CCN材料，如炭黑（CB）和活性炭（AC）。电化学测试结果和光物理分析表明，在涂纸芳族聚酰胺表面涂覆其他CCN材料也能稳定LMA表面，但不同碳物种的结果有所不同。在石墨烯作为纯碳组成的完整晶格结构的情况下，F−阴离子与sp2 C反应的F掺杂机制容易发生，从而导致较高的LiF生成速率。此外，在特定的溶剂环境中，CCN材料可以诱导LiF作为稳定的SEI组分形成，并稳定LMA表面，但稳定效果与CCN材料上的负官能团和由此产生的结构完整性有关。基于CCN材料与F掺杂机制之间的广义相关性，作者提出了一种简单、有效、廉价的石墨铅笔（graphite pencil）用于LMA表面稳定化的策略。
参考文献
Yong Jun Gong, et al, Advanced Li Metal Anode by Fluorinated Metathesis on Conjugated Carbon Networks, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D0EE02827D
https://doi.org/10.1039/D0EE02827D
