AEM: 通过无机-有机复合层溶剂化结构工程，实现高浓度电解液中的耐腐蚀锂金属阳极

据报道，高浓度电解质可在锂金属电极上形成阴离子衍生的富含无机物的固体电解质相间层；然而，这些电极受到配位阴离子的高度锂腐蚀，并因此造成阴离子耗竭。本研究报告了一种由单离子导电陶瓷（SICC）纳米颗粒和凝胶聚合物电解质（GPE）组成的复合层，它可以抑制锂在基于双（氟磺酰）亚胺锂（LiFSI）和弱溶解性溶剂（N,N-二甲基氨基磺酰氟，FSA）的高浓度电解质中的腐蚀。在SICC/GPE界面形成的锂离子空间电荷减少了复合层中阴离子的配位，从而抑制了阴离子的分解。采用复合层涂覆薄型锂金属负极（N/P = 1，厚度：20 µm）的Li|LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）袋式双电池可提供预计的重力（316 Wh kg-1）和预计的体积（1433 Wh L-1）能量密度，并可稳定运行350 个循环，在1/3 C充放电速率下可保持70%的容量。通过无机-有机复合层对溶解结构进行工程设计，是在高浓度电解质中开发耐腐蚀锂金属阳极的实用策略。

图文简介

a ) SICC-GPE抑制FSA基HCE中Li腐蚀的机理图解。b )比较FSI-，FSA，FEC和DME的Li +结合能。c ) 3 m LiFSI电解液与不同溶剂( DME、FEC、FSA)的拉曼光谱。d ) 1 m LiFSI FSA ( F-1 )和3.34 m LiFSI FSA ( F-2 )电解液在1 mV s -1下对LiǀAl电池的LSV曲线进行阳极扫描。e )根据MD模拟，Li +溶剂化壳中不同阴离子配位结构的分布和f ) F-2电解液中最可能的第一个Li +溶剂化鞘。g )在F-2电解液(插图:镀Li和SEI的FFT图像)中，在1 mA cm -2下电镀30 min的Li沉积层上形成的SEI的冷冻TEM图像。

SICC-GPE层中Li+溶剂化结构特征

SICC-GPE层中电解质的分解行为

a) F-2和 b) F-3电解质下，采用贫电解质设计（E/C：3.1 g Ah-1）的裸Li|NCM523和SICC-GPE层涂覆Li|NCM523袋式单电池的循环性能。c) 10 次循环后，用0.1 M氟苯在DMSO-d6中稀释的电解质对裸和SICC-GPE层包覆Li|NCM523袋状电池进行19F NMR分析。d) 根据XPS光谱测定的裸锂电极和SICC-GPE涂层锂电极10 个循环后SEI成分的原子含量。e )裸和SICC-GPE层包覆的Li|NCM523电池在不同循环时的LiFSI保留值。10 次循环后，f )裸锂电极和g ) SICC-GPE层包覆锂电极的截面FIB-SEM图像。h )在延长循环过程中，电池厚度随循环次数的变化。

a) SICC-GPE层涂Li|NCM811袋双电池的结构。b )软包电池的循环稳定性，高负载阴极(活性物质负载量: 20.1 mg cm-2)，N/P为1.0，E/C比为4.82 g Ah -1 (插图:通过夹具加压的袋式电池照片)。c )裸电池和d ) SICC-GPE层包覆的Li|NCM811电池在3，100和200 个循环后的电压曲线。e）本LMB袋式电池与之前报道的LMB袋式电池的N/P比、体积能量密度和循环寿命（基于80%容量保持率）比较。为进行公平比较，采用与叠层双电池相同的电池配置重新计算了之前报道的LMB的能量密度。

论文信息

通讯作者：Hee-Tak Kim