氟化钠盐功能化共聚物作为高性能锂金属电池的人工固体电解质界面

《ACS Applied Energy Materials》：Fluorinated Sodium Salt Functionalized Copolymer as Artificial Solid Electrolyte Interphase for High Performance Lithium Metal Batteries

锂金属电池通过人工SEI层实现安全高效，功能性共聚物FFN整合磺酸盐、氟化基团和碳酸酯单元，与锂金属反应形成无机/有机复合SEI层，增强机械强度和离子电导率，使对称电池循环800小时稳定，全电池容量保持率75%。

　　

锂金属电池（LMBs）由于其高比容量（3860 mAh/g）和低密度（0.534 g/cm3）而在高能量存储方面具有巨大潜力，但面临诸如热失控、电解质泄漏和锂枝晶生长等重大安全风险。为了解决这些问题，人工固体电解质界面（SEI）层可以保护锂负极免受副反应的影响。开发无机/有机杂化SEI已成为一种特别有前景的策略，因为它结合了高离子导电性、机械强度和柔韧性，从而提高了电池的稳定性。本文设计并应用了一种功能性共聚物FFN作为人工SEI，该共聚物含有钠盐、氟化基团和碳酸乙烯酯单元。FFN的分子设计创新性地结合了磺酸基团的电荷调节功能、氟化基团的界面稳定性特性以及碳酸酯侧基团与锂金属之间的高反应性。实验结果表明，FFN可以与锂金属发生反应，形成无机/有机复合SEI层。在锂金属表面形成的固体电解质界面（SEI）层是多组分的，主要由聚合物的有机柔性部分以及氟化锂（LiF）和氟化钠（NaF）等无机成分构成。这种多组分杂化结构不仅增强了SEI层的机械强度，还显著提高了其离子导电性，促进了锂离子的均匀沉积，并为锂金属阳极提供了稳定的界面环境。基于碳酸酯的电解质在锂金属电池中表现出高离子导电性和优异的高电压稳定性。经过FFN界面改性的锂金属对称电池在酯类电解质中可以在1 mA cm?2和1 mAh cm?2的电流密度下稳定循环800小时。此外，经过800次循环后，锂金属全电池FFN@Li||LFP的容量保持率达到了75%，显示出优异的循环稳定性。这项工作为设计高性能人工SEI层、实现安全耐用的锂金属电池提供了有效策略。