Joule薦讀：滑鐵盧大學Linda Nazar實驗室——原位生成固體電解質層防止鋰金屬枝晶生長

鋰金屬負極因為其高能量密度成為下一代鋰電池的重要基礎，但是也面臨著雙重挑戰。一是鋰金屬與大部分電解液發生副反應，生成厚且絕緣的界面層（SEI），二是枝電極表面電荷積累、高電場強度導致的枝晶狀的生長，從而增加了表面積，進一步加劇了SEI的生長，並消耗電池的電解液。因此，要想將鋰金屬電極真正用於電池產業化，需要找到有效的方法來保護鋰金屬。相關成果發表在CellPress旗下的能源期刊Joule上（Joule 1, 871-886, 2017）。

加拿大滑鐵盧大學的LindaF. Nazar實驗室，由龐全全和梁霄等博士帶頭，發現了一種簡單、廉價、易量產的方式，通過添加Li2S6和P2S5組成的複合型添加劑，能夠在電池內部的鋰金屬表面原位生成一層薄的無定型的固體電解質Li3PS4。這個保護層首先是一個鋰離子導體，而且是單離子導體，根據Chazalviel理論，這會防止表面離子濃度梯度的建立，從而防止表面建立強的電場，理論上能夠防止枝晶的產生。其次它可以減少鋰金屬與電解液的直接接觸，從而減少副反應的發生。而最大的優勢是，這是電池組裝之後原位產生，並非外部合成，從而接觸更緊密，可以長時間保護。利用這種添加劑，鋰金屬電極的壽命和全電池的穩定性都大大提高。

圖1.原位生成的Li

3PS4保護層。

圖2.普通電解液與添加劑電解液里SEI生成，直徑生長，以及其表面離子濃度，電勢和電場分布示意圖。

圖3：光學顯微鏡下鋰金屬在普通電解液與添加劑電解液里的生長情況。

Quan Pang, Xiao Liang, Abhinandan Shyamsunder, Linda F. Nazar, An In Vivo Formed Solid Electrolyte Surface Layer Enables Stable Plating of Li Metal, Joule 2017, DOI:10.1016/j.joule.2017.11.009.

http://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(17)30180-0

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