西安交通大学《ACS Nano》：锂阳极石墨烯纳米带上的固体电解质界面复合

成果简介

锂金属电池的实际应用受到锂枝晶问题的阻碍，而锂枝晶问题又受到固体电解质相间层（SEI）的成分和结构的严重影响。改变 SEI 可以调节锂枝晶的形成和生长。本文，西安交通大学Lei Li等研究人员在《ACS Nano》期刊发表名为“Solid Electrolyte Interphase Recombination on Graphene Nanoribbons for Lithium Anode”的论文，研究通过原位反应实验实现了锂TFSI-醚电解质的锂保护层诱导接枝在石墨烯纳米带（SEI@GNRs）上的天然SEI。

实验结果和理论计算发现，SEI@GNRs 的三维结构可以降低局部电流密度和 Li+通量。SEI@GNRs 中的天然 SEI，特别是 LiF、Li3N和Li2S等丰富的无机物降低了 Li+的成核过电位，使 Li+离子沉积和成核均匀，并隔离了电子传输。它们的协同作用抑制了锂枝晶的形成和生长，提高了锂金属电池的电化学性能。该设计策略有利于锂金属电池的开发。

图文导读

方案1.SEI@GNRs制备及其应用的图示。

图1.GNR和SEI@GNRs的形态

图2.GNR 和 SEI@GNRs 的 XPS 和 ToF-SIMS 光谱

图3.SEI@GNRs-Li∥Li、GNRs-Li∥Li和Li∥Li的电化学性能

图4. 对称电池中第一周期后 SEI@GNR 的组成

图5.SEI@GNRs锂沉积的理论计算。

图6.锂阳极和SEI@GNRs锂阳极的形态。

图7.LCO∥Li和LCO∥SEI@GNRs-Li的全电池和软包电池的速率和循环性能

图8.通过X射线和超声波测试对循环袋电池进行无损检测

小结

总之，作者成功地设计和制备了Li保护层SEI@GNRs，其中石墨烯纳米带通过LiTFSI醚电解质诱导的天然固体电解质界面进行功能化。在里面SEI@GNRs，3D结构可以降低局部电流密度和Li+通量。无机物质，特别是天然SEI中的LiF、Li3N和Li2SSEI@GNRs，降低了Li+成核过电位，使Li+离子沉积和成核均匀，抑制了Li枝晶的生长。的协同效应SEI@GNRs提高了锂阳极的电化学性能。在对称电池中，的稳定性寿命SEI@GNRs-Li在LiPF6碳酸盐电解质中，在1 mA cm–2和1 mAh cm–2下，锂的寿命超过1600小时。组装好的全电池，带有厚的商用LCO电极和SEI@GNRs-Li阳极在1C下200次循环后显示出86%的容量保持率。本文开发的设计策略有利于高性能锂金属阳极的开发。

文献：https://doi.org/10.1021/acsnano.3c11796