研究發現內共生氮化鋰/纖維素層可延長鋰金屬負極循環壽命

鋰金屬具有理論容量密度高（3860 mAh/g）、電化學電勢低（-3.040 V vs. SHE）等特點，是理想的高能量密度電池負極。然而鋰金屬活性高，容易與傳統電解質發生不可控的副反應，形成固態電解質界面層（SEI）的化學和機械穩定性較差：一方面，循環過程中SEI的反復破裂會加速死鋰的形成和不可逆的活性鋰/電解質損失；另一方面，溶劑誘導形成的SEI機械性能較差，不足以抑制鋰枝晶的生長，導致枝晶刺穿隔膜造成電池短路。

中國科學院大連化學物理研究所儲能技術研究部研究員李先鋒、張洪章帶領的研究團隊在具有長循環壽命的鋰金屬電池研究方面取得進展。科研人員在電解液中引入一種新型添加劑——硝化纖維素，構建內共生的氮化鋰/纖維素雙層SEI（ES-DSEI），并用于鋰金屬電池中。ES-DSEI在用于鋰金屬保護中具有獨特優勢：硝化纖維素會優先與鋰反應，一步實現在鋰表面構建聚合物/無機層；外層的柔性聚合物層能夠適應鋰金屬在循環過程中的體積變化，其強粘附性能抑制內層無機物的剝離；內層的無機層具有機械強度高的特點，可以抑制枝晶的生長，且晶型的氧化鋰和氮化鋰層有利于鋰離子傳輸。科研人員利用密度泛函理論模擬計算證明，相較于鋰鹽陰離子和溶劑，硝化纖維素具有更低的最低未占據分子軌道（LUMO）能量。此外，硝化纖維素的硝基基團更易于與金屬鋰反應，在近鋰內層形成LiNO2等無機物種，而其主鏈則靠Li-O鍵緊密吸附在遠鋰外層。與未添加硝化纖維素的電解液相比，鋰負極在含有硝化纖維素為添加劑的電解液中循環壽命提高了一倍。該工作為長壽命鋰金屬負極的設計提供了新思路。

大連化物所發現內共生氮化鋰/纖維素層可延長鋰金屬負極循環壽命

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