盐优化保护层稳定锂金属负极提升电池性能：基于LiFSI的高效离子传导与界面调控

（编辑推荐）本研究创新性地采用交联三羟甲基丙烷丙氧基化物三丙烯酸酯（TPPTA）为基质，通过优化羰基（C═O）与Li+摩尔比（4.5:1），构建LiFSI基保护层（TF@Li）。相比传统LiTFSI体系，TF@Li展现出更高离子电导率（1.69 mS cm-1）和Li+迁移数（0.65），形成富含LiF/Li2O的无机SEI层，显著抑制枝晶生长和坑蚀现象，使Li||NMC622电池在0.5C/0.2C充放电下循环寿命提升近1倍。

　　

引言

锂金属负极（LMA）因其超高理论容量（3860 mAh g^-1）成为下一代高能量密度电池的核心材料，但枝晶生长、死锂形成和不稳定SEI层等问题制约其应用。传统聚合物保护层多采用锂双（三氟甲磺酰）亚胺（LiTFSI），而本研究揭示锂双（氟磺酰）亚胺（LiFSI）在交联TPPTA基质中具有更优的塑化效应，当C═O:Li⁺=13:1时，其离子电导率达0.29 mS cm^-1，远超LiTFSI体系（0.04 mS cm^-1）。

盐优化保护层的性能优势

通过差示扫描量热（DSC）证实，LiFSI使TPPTA玻璃化转变温度（T_g）降至-10.5°C（LiTFSI为-3.3°C），表明其更强的链段运动能力。XPS深度剖析显示TF@Li的SEI层富含LiF（684.7 eV）和Li₂CO₃（290.3 eV），而TT@Li则存在有机C─F物种（688.6 eV）。这种无机主导的SEI使Li||NMC622电池在0.5C循环下容量保持率80%的周期从108次（TT@Li）提升至191次。

摩尔比优化与界面调控

将C═O:Li⁺调整为4.5:1后，优化TF（oTF@Li）的离子电导率跃升至1.69 mS cm^-1。Li||Li对称电池测试显示，oTF@Li在2 mA cm^-2下稳定循环1600次，过电位显著低于低盐浓度体系。STEM分析表明，oTF@Li循环后的NMC622正极仅形成1 nm厚的CEI层，而裸锂（Bare Li）体系则出现50 nm厚非均匀CEI和晶格岩盐相转变，证实优化保护层可缓解"阳极-阴极逆向串扰"。

快充与坑蚀抑制机制

在0.5C快充/0.2C慢放苛刻条件下，oTF@Li通过抑制剥离过程中的坑蚀现象（图4a,b），使电池循环寿命达到200次（裸锂仅108次）。FIB-SEM显示裸锂循环后表面出现微米级裂纹，而oTF@Li保持致密形貌。这种保护效应源于LiFSI分解产生的SO_x-F物种（XPS 531.8 eV）对电极/电解质界面的稳定作用。

结论与展望

该研究为锂金属电池保护层设计提供了盐化学优化新思路：LiFSI基TPPTA复合层通过提升离子传导和构建无机-rich SEI，同步解决枝晶生长、界面不稳定和快充瓶颈问题。未来可进一步探索该策略在固态电解质或高镍正极（如NMC811）体系中的普适性。