基于人工界面膜修饰的强化型锂-铋负极用于稳定锂金属电池

锂金属负极由于其具有较高的比容量（3860 mAh g-1）和最低的氧化还原电位（-3.04 V vs 标准氢电极），被认为是下一代高能量密度电池的理想负极材料之一。然而，锂金属电极在充放电循环过程中存在锂枝晶生长、反应活性过高等问题，导致循环稳定性交叉，安全性能不佳等问题，严重阻碍了锂金属电池的实际应用。因此，抑制枝晶生长、提升金属锂电极的长循环性能，是发展金属锂电池的关键。本研究利用合金化锂-铋（Li-Bi）电极作为改善金属锂沉积/剥离均匀性的复合电极，并针对其在循环中易发生结构破裂的问题，设计了一种功能型人工界面来修饰Li-Bi电极，获得了一种强化型Li-Bi电极（Strengthened Li-Bi）。循环中，Strengthened Li-Bi表面的人工界面膜一方面能提供聚合物材料的高机械韧性，从而维持电极的结构完整性，另一方还能原位形成富含无机物的界面膜，加速锂离子输运，改善锂沉积/剥离动力学和均匀性。与原始的Li-Bi电极相比较，Strengthened Li-Bi电极具备优异的结构稳定性以及锂离子传导能力，以其组装的对称电池在电流密度1 mA cm-2和沉积面容量1 mAh cm-2循环条件下可稳定循环达600 h以上；其在与面容量~2 mAh cm-2的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）正极匹配制备的金属锂全电池，能够稳定循环250圈，平均库仑效率高达99.9 %。该工作为实用化锂金属电池提供了一种新的设计思路。