我國提出一種策略提升鋰電池性能，簡(jiǎn)單又廉價(jià)

（文章來源：孜然學(xué)術(shù)）

在鋰金屬表面上構(gòu)建人工固體電解質(zhì)中間相（SEI）是提高表面SEI的離子電導(dǎo)率并抑制鋰金屬負(fù)極枝晶生長(zhǎng)的最有效的方法之一。然而構(gòu)建均質(zhì)，理想的人工SEI仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)余彥教授（通訊作者）采用一種簡(jiǎn)便、廉價(jià)的氣-固反應(yīng)制備了混合鋰離子導(dǎo)電Li2S/Li2Se（LSSe）保護(hù)層，從而構(gòu)建了穩(wěn)定的高離子導(dǎo)電人工SEI。由LSSe保護(hù)的鋰金屬負(fù)極（LSSe@Li）構(gòu)成的Li|Li對(duì)稱電池在1.5 mA cm-2和3 mAh cm-2的條件下實(shí)現(xiàn)無枝晶沉積/剝離超過900h。

同時(shí)，與普通鋰負(fù)極相比，LSSe@Li分別與LiFePO4、S/C和LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正極配對(duì)的全電池均表現(xiàn)出較好的電池循環(huán)性能和倍率性能。此外，通過密度泛函理論證實(shí)了Li2Se比Li2S具有更低的Li+遷移勢(shì)壘。

為了滿足人們高能量密度存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)際要求，必須開發(fā)出具有商業(yè)化應(yīng)用前景的高能量密度的二次電池。使用高理論比容量和低電極電位金屬鋰作為負(fù)極的鋰金屬電池具有被認(rèn)為是最有希望的替代者。然而，鋰金屬電池的實(shí)際應(yīng)用受到鋰沉積不均勻，無限體積膨脹和鋰枝晶快速生長(zhǎng)的固有問題的嚴(yán)重阻礙，導(dǎo)致安全問題和可循環(huán)性差。

近年來，已經(jīng)開發(fā)了眾多策略去解決這些關(guān)鍵問題以增強(qiáng)鋰金屬電池的穩(wěn)定性。其中，構(gòu)建穩(wěn)定的SEI對(duì)于提升電池穩(wěn)定性至關(guān)重要。原因在于重復(fù)的Li沉積/剝離過程中，不穩(wěn)定的SEI容易破裂，從而導(dǎo)致大量的電解質(zhì)消耗和局部增強(qiáng)的Li+通量，并伴隨不均勻的Li+沉積，從而導(dǎo)致鋰枝晶生長(zhǎng)。因此，理想的SEI應(yīng)該具有以下特征：i）均勻鈍化鋰金屬負(fù)極，且金屬鋰與有機(jī)電解液之間沒有副反應(yīng)；ii）提升人工SEI膜中的Li+傳輸速率，以促進(jìn)均勻的Li+沉積而不會(huì)引起枝晶生長(zhǎng)；iii）具有阻止枝晶形核和生長(zhǎng)的功能。

最近，Li2S保護(hù)層由于其高離子電導(dǎo)率(~10-5 Scm-1)，已被證明是抑制Li枝晶生長(zhǎng)的穩(wěn)定SEI層。同時(shí)，Li2S和Li2Se具有相似的化學(xué)性質(zhì)和更高的Li+遷移能力。具有較高導(dǎo)電性的Li2Se能提供較高的機(jī)械電阻，使Li+能夠快速均勻地轉(zhuǎn)移到整個(gè)電極表面，從而防止了Li枝晶的生長(zhǎng)。

因此，作者在低溫下通過簡(jiǎn)單的氣固(SES2/Li)反應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)了一種混合鋰離子導(dǎo)電Li2S/Li2Se保護(hù)層，同時(shí)通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果表明，在不同的晶面上，Li2Se 的離子遷移勢(shì)壘能量都低于Li2S 的遷移勢(shì)壘能量，從而證明了Li2Se 的引入有利于提高人工SEI的Li+遷移。人工Li2S/Li2Se SEI膜保護(hù)的鋰金屬對(duì)稱電池在不同電流密度下均具有更穩(wěn)定且長(zhǎng)的循環(huán)性能。

當(dāng)Li2S/Li2Se保護(hù)的Li金屬（LSSe@Li）負(fù)極與LiFePO4正極組裝成全電池在1C的倍率下循環(huán)450之后，仍然具有160mAg-1的超高容量和91.5%的容量保持率。同時(shí)當(dāng)與硫正極匹配使用時(shí)，LSSe@Li負(fù)極與普通Li金屬負(fù)極相比，在100次循環(huán)中表現(xiàn)出更穩(wěn)定的循環(huán)曲線，表明這種基于LSSe的人工SEI膜還能緩解金屬鋰對(duì)多硫化物的還原，從而提高Li-S電池的性能。

綜上所述，本文提出了一種簡(jiǎn)便的策略制備Li2S/Li2Se的人工SEI膜，可以防止不均勻的離子通量和鋰沉積結(jié)構(gòu)。同時(shí)通過DFT計(jì)算也證實(shí)了Li2Se對(duì)改善SEI離子電導(dǎo)率的重要作用。因此，本工作提供了一種由低沸點(diǎn)反應(yīng)制備的混合Li+導(dǎo)電保護(hù)層衍生的想法，對(duì)鋰金屬電池的改性起著關(guān)鍵作用。
（責(zé)任編輯：fqj）