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3.3建立人造负极/电解液界面保护锂金属负极
在电池外面构造具有良好性能的人造负极-电解质界面,可以保护下面的锂。金属锂和有机液体电解质之间的直接接触在电池组装之前被这种人造界面阻挡。因此,可以成功地避免由本征SEI层引起的电解质和电极材料的消耗、异质沉积和枝晶形成。
3.3.1通过对金属锂反应制作人造SEI层
这种方法是基于金属锂和表面上天然膜的极度活泼性。通常,基于对金属锂反应的人造SEI层能够在锂表面上形成紧致的保护层。这些保护层总是含有从原位反应中获得的某些含锂无机物质。因此,这种人造SEI层不仅具有快速的离子传导性能,可以平滑沉积过程,而且具有优异的机械强度以阻挡枝晶生长。但是难以获得均匀而完整的膜,这可能导致不均匀的锂离子通量或局部沉积增强。另一个主要缺点是这些保护层缺乏适应内部体积变化的灵活性。
图10通过对金属锂反应的人造SEI层
a)在Li-O2电池组装之前,在含有1MLiF3SO3的TEGDME-FEC(5:1v/v)电解质中,锂负极上保护膜的电化学形成;
b)未处理的锂箔(上)和Li3PO4改性的锂箔(下)的形态演变。
3.3.2通过涂层制作人造SEI层
与对金属锂的反应相比,涂层在控制组成、形态、机械强度和柔性方面具有优势。材料总是涂在平面的锂或铜箔上,相对来说,由于消除了全电池表征的预沉积工艺,因此直接涂覆在锂箔上更好。聚合物因为具有优异的电绝缘性能和柔性,可以适应体积变化,被认为是合适的涂层。但涂料仍然存在诸如对基底的选择性、限制的锂离子传导性等缺点。可以推测,基底和涂层之间的粘合强度决定了最终的结构设计和电池性能。
图11通过涂层制作的人造SEI层
a)在涂覆多孔PDMS薄膜的Cu基底上沉积锂;
b)在涂覆中空碳纳米球层的Cu基底上沉积锂。
涂层和反应是在负极表面上建立人造界面的两种主要方法,但两者都具有一些优点和缺点。最近,崔屹团队制作的人造SEI层同时显示出了高锂离子传导性、机械强度和柔韧性。
图12构造理想人造SEI层的潜在最终方法的例证
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