一种用于高稳定锂金属电池的抗氧自消除钝化层可充电锂离子电池广泛应用于电动汽车和3C设备然而，目前的锂离子电池接近能量密度上限，尤其是石墨电极接近372mAhg–1的理论比容量因此开发更大容量的新电池系统至关重要锂金属被认为是下一代锂基电池最有。
可充电锂离子电池广泛应用于电动汽车和3C设备。然而，目前的锂离子电池接近能量密度上限，尤其是石墨电极接近372 mA h g–1的理论比容量。因此开发更大容量的新电池系统至关重要。锂金属被认为是下一代锂基电池最有前途的选择，因为它具有较高的理论重量/体积容量和低标准电化学氧化还原电位。锂金属电池作为具有高理论能量密度的下一代可充电电池具有广阔的应用前景。不幸的是，锂金属正极会受到电解液的严重腐蚀，以及在循环过程中从负极流出的副产品，如锂氧电池中的氧气。
来自中国科学技术大学的学者通过Li金属和二氯二甲基硅烷（DCDMS）之间的Wurtz型反应制备了耐氧和自消除钝化层。这种钝化层保证了锂金属与O2的高度稳定性，并通过消除生产期中不可预测的锂支晶来抑制树突生长。此外，该钝化层由LiCl和聚（二甲基硅）相构成，它们提供良好的Li 传输，能够自动消除不良副产物。具有该保护层的对称电池可在氧气环境下500小时内实现稳定的锂电镀/剥离。因此，锂氧电池可以保持200次以上的稳定循环，Li| | NCM811电池具有优异的循环性能（0.5 C下300次循环）和速率容量（在5C情况下为130.3 mAh g−1）。这项工作为电极保护的发展提供了材料和方法上的突破，促进了硅烷及其衍生物在碱金属电池中的实际应用。相关文章以“An Oxygen-Resistant and Self-Eliminating Passivated Layer for Highly Stable Lithium Metal Batteries”标题发表在Advanced Functional Materials。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202112645
图1. SC/Li电极的结构和形态表征结果。a） 二氯丙烷和二氯硅烷在锂金属表面上的化学反应途径和方案。b） 12小时反应后SC/Li的SEM图像和c）元素映射分析。d）Cl和e）Si的高分辨率XPS光谱。f）SC/Li、g）CC/Li和h）电解液中随时间流动的O2中的裸锂的照片。
图2. SC/Li、CC/Li和裸锂金属电极的电化学分析。a）Li | | Li对称电池、b）CC/Li | CC/Li对称电池和c）SC/Li| SC/Li对称电池的循环相关电化学阻抗谱（EIS）。d）不同循环次数下SC/Li、CC/Li和裸锂电阻的相应变化。e） Li | | Li、CC/Li || CC/Li和SC/Li | | SC/Li对称电池的塔菲尔图，扫描速度为1 mV s–1。f） Li | | Li、CC/Li || CC/Li和SC/Li | | SC/Li对称电池的循环伏安图（CV），扫描速度为1 mV s–1。
图3. 氧气气氛下不同电极的形貌表征。a–d）在氧气环境下，用原位光学显微镜以不同间隔拍摄SC/Li电极的照片。f–i）在氧气气氛下用原位光学显微镜在不同间隔拍摄的裸锂电极照片。锂在不同电极上沉积的方案：SC/Li（e）和裸锂金属（f）。
图4. 锂氧电池在不同电极上的电化学性能。a）裸露锂正极和d）SC/Li正极的锂氧电池在1000 mA h g–1的切断容量和500 mA g–1的电流密度下的全放电/充电曲线。采用b）SC/Li和裸e）Li正极的Li-O2电池的相应容量和库仑效率（CE）。不同循环后裸露的c）Li和f）SC/Li正极的X射线衍射（XRD）图。g）循环后SC/Li电极表面的SEM图像。h）（g）图中橙色矩形内SC/Li电极表面的对应元素分析。i） 循环后硅的XPS光谱。
图5. a） 具有不同电极的Li || NCM811电池在0.5 C下的电化学性能。具有不同循环次数的b）SC/Li和c）裸锂正极的电池的放电/充电曲线。d） SC/Li | |NCM811和裸Li | | NCM811电池的额定容量。不同循环次数的SC/Li电极的形态：e）第10次，f）第50次，g）第100次。不同循环次数的裸锂金属电极的形态：h）第10次，i）第50次，j）第100次。
本文展示了一种简单的方法，通过DCDM和锂金属之间的Wurtz型反应，为锂金属电池构建稳定的自消除钝化层。与CC/Li和裸Li电极相比，该钝化层保证了SC/Li电极对O2的极端稳定性。同时，这种自消除钝化层可以通过Wurtz反应消除初始生产时期的不可预测的新鲜锂树突，从而抑制树突生长。此外，由于自消除钝化层的高离子导电性和与锂金属的紧密界面接触，这种SC/Li电极表现出快速的电荷转移、稳定的机械性能和稳定的电化学循环。因此，采用这种钝化锂正极的锂氧电池和锂| | NCM811电池都具有高库仑效率和长循环稳定性。这项工作为电极保护的发展提供了材料和方法上的突破，从而促进了硅烷及其衍生物在碱金属电池中的实际应用，而不仅仅是锂金属电池。（文：SSC）
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