【摘要】 对上述三种预制SEI膜的形貌进行了表征

锂（Li）金属阳极由于与液体电解质的直接接触而不可避免地被腐蚀和破坏。在Fei Chen等人[1]的研究中，使用PVDF-HFP作为基质在铜箔上预制SEI膜（如图1所示）。在充放电过程中，预制SEI膜可以随着锂金属的沉积/剥离而发生位移，从而稳定阳极界面，抑制锂枝晶的生长，防止锂金属与电解质的反应，实现安全稳定的锂金属阳极。在这里，在铜集电器上基于聚偏二乙烯-共-六氟丙烯（PVDF-HFP）基质构建预制固体电解质界面（SEI）膜，以避免Li和电解质之间的副反应，并进一步防止枝晶生长。

 

将双（草酸）硼酸锂（LiBOB）、SiC和聚环氧乙烷（PEO）合理杂化，对具有不同添加剂基质的预制SEI膜进行了扫描电子显微镜、热重分析、拉伸和离子导电性测试，以研究添加剂对预制SEI薄膜的形态、组成、强度和其他性能的影响。同时，使用由预制SEI膜涂覆的铜箔作为正极，使用锂金属作为负极来制备半电池。研究了添加剂对预制SEI膜循环稳定性的影响。

 

图1 预制SEI膜电极的制备过程示意图[1]

 

对上述三种预制SEI膜的形貌进行了表征，结果如图2所示。可以看出，纯PVDF–HFP表现出由片状或球形晶粒以及晶粒之间的连接组成的均匀、多孔的网络结构。初级晶粒的尺寸为1至2μm。晶粒之间的连接很强，孔隙率很低。在7.0 g PVDF–HFP中加入0.04 mol LiBOB后，材料的原始微孔结构得到有效保留。PVDF–HFP基体与LiBOB晶体之间没有明显的边界，但材料的一次晶粒尺寸显著减小，约为0.5至1μm。此外，连接强度减弱，孔隙率显著增加。

 

图2 不同添加剂的预制SEI膜的形貌；A、 纯PVDF–HFP；B、 添加LiBOB；和C，添加LiBOB、SiC和PEO；上部×1000；下部×5000

 

由于LiBOB、SiC和PEO的加入，PVDF–HFP基体的结构和性能发生了明显的变化，影响了基体的循环稳定性。因此，在向PVDF–HFP中添加适量的LiBOB后，SEI膜的循环寿命从61个循环增加到295个循环。此外，锂金属阳极，和PEO的稳健SEI。同时，该电池的库仑效率也从95.0%提高到99.0%以上。形态和组成表征结果表明，SEI结构在循环过程中逐渐坍塌，这是由松散连接的Li2CO3、LiF和破旧的PVDF–HFP混合物的形成引起的。退化的人工SEI也会导致电接触断开，因此阻抗显著增加，导致Li的最终失效。

 

[1] Chen F, Wang B, Bao C, Zhang Z, Zhang P, Wang D. Study on modification and failure of precast solid electrolyte interface film on Li metal anodes. Int J Energy Res. 2021; 45: 14034–14046. https://doi.org/10.1002/er.6730

 

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