通过超薄聚合物层对界面锂离子（Li+）溶剂化过程进行战略性调整，以实现无阳极锂金属电池的制备

《Joule》：A strategic tuning of interfacial Li+ solvation with ultrathin polymer layers for anode-free lithium metal batteries

无阳极锂金属电池因界面不稳定性导致容量衰减，本文通过化学气相沉积制备聚（七氟癸基甲基丙烯酸酯）涂层铜集流体，调控锂离子溶剂化过程，形成富无机相固体电解质界面层，抑制副反应，使半电池循环寿命提升3倍，全电池能量密度达413 Wh/kg，功率密度826 W/kg，为界面工程提供新策略。

　　

背景与尺度

在无阳极锂金属电池（AFLMBs）中，集流体表面的不稳定性仍然是一个关键瓶颈，这会导致锂的过度沉积、电解液消耗以及较差的循环寿命。与传统阳极不同，AFLMBs中的铜集流体直接与电解液接触，因此界面工程对于实际应用至关重要。尽管之前的策略主要集中在调整电解液组成上（例如使用高浓度或氟化溶剂），但这些方法往往在成本、粘度和离子迁移率等方面存在权衡。

我们提出了一种通过化学气相沉积法制备的聚合物涂层铜集流体，该涂层能够调节锂离子（Li⁺）在界面处的溶剂化行为，从而克服这些限制并实现可扩展的AFLMBs。这种疏电解液和疏溶剂的聚合物能够在局部区域富集盐类，抑制副反应，从而形成致密的、富含无机物的固电解质界面，并实现均匀的锂沉积。我们的研究结果强调了表面介导的溶剂化调节的重要性，并为AFLMBs的实际应用指明了新的方向。

亮点

• 超薄聚合物层能够调节锂离子在铜-电解液界面处的溶剂化行为

• 疏电解液的聚合物能够抑制电解液的整体分解

• 疏溶剂的聚合物能够富集盐类并促进选择性盐的还原

• 界面溶剂化控制克服了稳定性与动力学之间的矛盾

总结

尽管无阳极锂金属电池（AFLMBs）具有出色的能量密度，但由于界面不稳定性和缺乏锂储存层，其容量衰减较快。本研究提出了一种利用化学气相沉积法在铜集流体上制备超薄（约15纳米）聚合物涂层来调节界面溶剂化的策略。所设计的聚合物聚（十七氟癸基甲基丙烯酸酯）（pPFDMA）具有很强的疏电解液和疏溶剂性能，能够抑制副反应并在聚合物内部形成局部盐类富集层。这种溶剂化环境有助于形成致密的、富含无机物的固电解质界面层，从而提高电池的体相离子导电性，增强循环稳定性和倍率性能。因此，涂有pPFDMA的铜集流体使得半电池的循环寿命提高了三倍，在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）基无阳极软包电池中，能量密度分别达到了413 Wh kg^?1和826 W kg^?1。这项工作为AFLMBs的界面工程提供了一种实用且可推广的方法，重点关注集流体与电解液之间的相互作用。

图形摘要