Small Methods：分子層沉積技術製備強健的鋰金屬保護層

在過去的二十年里，鋰離子電池由於其高能量密度，無記憶效應及極小自放電現象成為了最成功的儲能器件之一，被廣泛的應用於便攜型電子設備以及電動汽車中。然而，隨著人們日益增長的需求，現有的鋰離子電池已經難以滿足人們對更高容量，長壽命電池的需要。鋰金屬電池，包括鋰硫電池，鋰空氣電池，全固態鋰電池，作為下一代電池的有力競爭者，受到了越來越廣泛的關注。其中，鋰金屬被認為是最理想的負極材料，其具有比容量極高，電勢低及質量輕等優勢。然而，在反覆的電化學沉積過程中，鋰金屬表面極易產生枝晶，枝晶可能進一步刺穿隔膜，造成電池短路，引發安全問題。其次，金屬鋰會與液態電解液發生副反應，形成不穩定的固液電解質界面層（SEI），從而加劇枝晶的生長以及形成死鋰層，降低電池的庫倫效率和壽命。因此，製備穩定的人工SEI層被認為是減少副反應，減緩枝晶生長，提高金屬鋰負極性能的關鍵因素之一。

加拿大西安大略大學孫學良院士團隊和美國通用汽車Mei Cai博士團隊合作，利用先進的分子層沉積技術（MLD）製備了新型鋁基有機無機複合薄膜（alucone）作為鋰金屬負極的保護層。通過控制MLD的參數，alucone保護層的厚度可以被精確控制到納米尺度。結果表明，alucone保護層可以有效地抑制鋰枝晶的生長，提高鋰金屬負極的循環壽命。同時，此種alucone保護層在醚基電解液（LiTFSI/DOL-DME）及酯基電解液（LiFP6/EC-DEC-DMC）都可以有效地提高循環穩定性。另外，同原子層沉積薄膜（ALD）Al2O3相比，alucone薄膜由於具有更高的韌性從而顯示出更優異的保護性能。通過盧瑟福背散射技術（RBS）對循環後鋰金屬表面進行分析，結果表明，alucone薄膜在循環後仍然能夠保持與循環前類似的連續型薄膜結構，然而，Al2O3層在循環過程中會發生斷裂，無法保持薄膜結構。這可以被認為是alucone薄膜性能優於Al2O3薄膜的重要原因。

本工作發表在Wiley旗下期刊Small Methods上（DOI: 10.1002/smtd.201700417），第一作者為加拿大西安大略大學的博士研究生趙陽。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！