Joule荐读:滑铁卢大学Linda Nazar实验室——原位生成固体电解质层防止锂金属枝晶生长

锂金属负极因为其高能量密度成为下一代锂电池的重要基础，但是也面临着双重挑战。一是锂金属与大部分电解液发生副反应，生成厚且绝缘的界面层（SEI），二是枝电极表面电荷积累、高电场强度导致的枝晶状的生长，从而增加了表面积，进一步加剧了SEI的生长，并消耗电池的电解液。因此，要想将锂金属电极真正用于电池产业化，需要找到有效的方法来保护锂金属。相关成果发表在CellPress旗下的能源期刊Joule上（Joule 1, 871-886, 2017）。

加拿大滑铁卢大学的LindaF. Nazar实验室，由庞全全和梁霄等博士带头，发现了一种简单、廉价、易量产的方式，通过添加Li₂S₆和P₂S₅组成的复合型添加剂，能够在电池内部的锂金属表面原位生成一层薄的无定型的固体电解质Li₃PS₄。这个保护层首先是一个锂离子导体，而且是单离子导体，根据Chazalviel理论，这会防止表面离子浓度梯度的建立，从而防止表面建立强的电场，理论上能够防止枝晶的产生。其次它可以减少锂金属与电解液的直接接触，从而减少副反应的发生。而最大的优势是，这是电池组装之后原位产生，并非外部合成，从而接触更紧密，可以长时间保护。利用这种添加剂，锂金属电极的寿命和全电池的稳定性都大大提高。

图1. 原位生成的Li₃PS₄保护层。

图2.  普通电解液与添加剂电解液里SEI生成，直径生长，以及其表面离子浓度，电势和电场分布示意图。

图3：光学显微镜下锂金属在普通电解液与添加剂电解液里的生长情况。

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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