第四色电影 斯东说念主已逝，著述长存！华南理工大学丘勇才熟识效果刚刚登上Nature！

发布日期：2025-01-11 02:41    点击次数：201

锂 (Li) 金属电板 (LMB) 有望成为高能量密度可充电电板。关联词，高活性锂和非水电解质响应造成的锂枝晶会导致安全问题和容量快速衰减。建筑可靠的固体电解质界面关于竣事高倍率和龟龄命的 LMB 至关迫切第四色电影，但在时刻上仍具有挑战性 。

鉴于此，华南理工大学丘勇才熟识（2023年12月灭一火）、严克友熟识、中科院物理所李泓熟识、浙江工业大学陶新永熟识证明，在商用含 LiPF6 的 LMB 碳酸盐电解质中添加过量的 m-Li2ZrF6（单斜）纳米颗粒，有助于在施加电压的开动下将大批 ZrF62– 离子开释到电解质中，升沉为 t-Li2ZrF6（三角）并原位创建具有高锂离子电导率的踏实固体电解质界面。策画和低温透射电子显微镜探究标明，原位造成的富含 t-Li2ZrF6 的固体电解质界面显赫增强了锂离子的转化并阻扰了锂枝晶的滋长。因此，用 LiFePO4 正极（面积负载，1.8/2.2 mAh cm-2）、三维锂碳负极（50 µm 厚的锂）和基于 Li2ZrF6 的电解质拼装的 LMB 在 3000 次轮回（1C/2C 速度）后泄漏出大大改善的轮回踏实性和高容量保捏率（>80.0%）。这一效果代表了向上的性能，因此，为本体高速度条款下耐用的 LMB 提供了可靠的基于 Li2ZrF6 的电解质。关系探究效果以题为“Li2ZrF6-based electrolytes for durable lithium metal batteries”发表在最新一期《Nature》上。本文一当作邱勇才教讲课题组博士毕业生徐庆帅，共合并当作华南理工大学LiTan和温州大学JuZhijin。

【t-Li2ZrF6富SEI的表面基础】

SEI层的特点（电子隧穿势垒和锂离子扩散速度）关于均匀的锂千里积至关迫切。通过密度泛函表面(DFT)策画，该探究标明，与其他无机SEI因素（如Li2CO3、Li2O和LiF）比较，t-Li2ZrF6具有最低的锂离子迁徙能垒（0.22eV）。这种古板垒有益于锂离子快速扩散到SEI上。此外，晶粒限制中的扩散通说念和t-Li2ZrF6的亲锂性质增强了均匀的锂千里积，详确了枝晶滋长。图1a说明了t-Li2ZrF6晶格内锂离子的最好迁徙旅途第四色电影，展示了锂空位在缩小迁徙阻力方面的作用。通过比较各式晶粒限制模子中的迁徙能垒，超过了t-Li2ZrF6的优厚性，相配是在t-Li2ZrF6(001)/Li2O(111)晶粒限制成就中（图1b）。图1c描摹了最好晶粒限制成就，箭头默示沿t-Li2ZrF6(001)/Li2O(111)限制的锂离子迁徙旅途。这里的拦阻较着低于其他SEI组件的拦阻。吸附能数据（图1d，e），标明锂离子优先千里积在t-Li2ZrF6上而不是金属锂上，从而促进了均匀的锂千里积。这些表面宗旨标明，将t-Li2ZrF6纳入SEI可清楚进步锂离子迁徙率并阻扰枝晶滋长。

图 1. 富含t-Li2ZrF6的SEI的表面基础

【富含t-Li2ZrF6的SEI的造成】

由于t-Li2ZrF6SEI在碳酸盐电解质中的溶化度低，因此从溶液中径直造成t-Li2ZrF6 SEI在时刻上具有挑战性。相背，本探究合成了m-Li2ZrF6纳米颗粒当作添加剂，促进了在施加电压下t-Li2ZrF6的原位造成。使用低温透射电子显微镜(cryo-TEM)和其他表征时刻分析了使用基于m-Li2ZrF6的电解质(E-Li2ZrF6-N)造成的SEI结构：外层：由无定形有机物和结晶Li2O构成。内层：以t-Li2ZrF6晶体和一丝Li2O因素为主，具有明确的晶格结构。图2a：泄漏使用法式电解质(E-STD)不雅察到的树枝状锂千里积。图2b：E-STD中SEI的高分手率TEM(HRTEM)图像，泄漏嵌入结构，Li2O结晶区域分散不均匀。图2c：泄漏E-Li2ZrF6-N中均匀的锂千里积，莫得枝晶。图2d：超过泄漏E-Li2ZrF6-N中的双层SEI结构，内层以t-Li2ZrF6晶体为主。图2e和2f：X射线光电子能谱(XPS)分析泄漏，与E-STD比较，E-Li2ZrF6-N造成的SEI中C和O含量显赫缩小，F含量增多。图2g-2j：遨游时间二次离子质谱(TOF-SIMS)深度剖面泄漏，与E-STD中的单层SEI比较，富含t-Li2ZrF6的SEI中存在较着的双层构成。这些胁制阐述，E-Li2ZrF6-N电解质促进了坚固、踏实且因素不同的SEI层的造成。

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图2.富含t-Li2ZrF6的SEI的表征

【m-Li2ZrF6基电解质的性能】

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