孙世刚院士团队:锂金属电池锂金属负极界面稳定性研究取得进展

sandongqi

我院孙世刚院士团队黄令教授在锂金属电池锂金属负极界面稳定性研究取得新进展，相关成果以“Surface modification using　heptafluorobutyric acid to produce　highly stable Li metal anodes”为题，在线发表于Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-023-38724-x）。
        金属锂由于其高理论比容量（3860 mAh g-1）和低电极电位（-3.040 vs. SHE）而被认为是下一代高比能电池的理想负极材料。金属锂负极与高镍层状材料正极材料配对使用，被认为是未来最具潜力的正负极组合之一。然而，金属锂与大多数液体有机电解液不兼容，特别是与商业化碳酸酯类电解液会有明显的副反应，这严重阻碍了锂金属负极的规模化应用。

        该研究采用含氟羧酸处理锂金属表面的方法去除锂表面的钝化界面，同时原位构建一个具有亲锂性的保护层（含氟羧酸锂保护层）。研究人员进一步探究了含氟羧酸碳链长度对锂金属循环稳定性的影响，结果表明，七氟丁酸锂保护层（碳链长度=4）对锂金属提供了最好的保护。经过含氟羧酸处理后，锂金属对电解液的润湿性增强，并消除了钝化层、增加了锂离子流量、降低了界面阻抗，实现锂沉积过电位降低。同时，含氟羧酸锂界面层有效地均匀了锂离子通量，诱导了均匀的锂沉积，减少了大量被SEI捕获的而失去电子通道连接金属锂的形成。最终，该工作实现锂金属负极循环过程中的高库伦效率、高稳定性以及抑制锂枝晶形成。
        该研究工作是在我院孙世刚教授、黄令教授和海南师范大学王崇太教授的共同指导下完成。我院2020级博士生谢宇翔为该论文的第一作者。该项工作得到了国家重点研发计划（2021YFB2400300）和国家自然科学基金（22172133，22288102）以及海南院士创新平台研究项目（YSPTZX202038）的支持。
         论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38724-x
         文章来源：厦门大学
       孙世刚，厦门大学教授，1982年初毕业于厦门大学化学系（77级），1986年9月年获巴黎居里大学授予法国国家博士学位。在法国科研中心界面电化学研究所做一年博士后，1987年底回国工作。现为厦门大学化学系教授、固体表面物理化学国家重点实验室研究员，博士生导师。长期从事电催化、谱学电化学和能源电化学等方面的研究。主持完成1995年度国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、和国家“973”计划课题等重要科研项目。目前担任国家自然科学基金委“界面电化学”创新研究群体学术带头人、主持国家重大科研仪器设备研制专项“基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置”。
       黄令，厦门大学化学系教授，博士生导师。主要从事物理化学教学和电化学研究。研究方向：新型锂离子动力电池关键材料及表界面过程研究。主要内容有：锂金属电沉积机理；层状金属氧化物正极材料的可控合成、界面调控与原位表征等。建立二维原位XRD技术，首次发现富锂锰基材料首周充电过程β-MnO2物相产生，揭示其性能衰减机制；建立在线电化学质谱技术，首次证实富锂锰基材料首周产氧量与材料钴含量正相关。建立PITT-EIS-XRD联用技术用于锂离子电池充放电过程研究，揭示锂离子扩散动力学、界面特性与结构演化的内在关系。主持科技部863计划重大项目一项和重点研发计划课题一项、国家自然科学基金项目5项。作为学术骨干先后参与3项国家科技部973计划。与宁德时代新能源科技公司和厦门厦钨新能源材料公司开展多项技术合作。发表SCI学术论文100余篇，H因子45，获授权国内外发明专利7项。