中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟

shuangyl · 发表于 2017-9-22 10:12:20

李驰麟，男，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，博士生导师，“中科院百人计划”入选者。2003年毕业于华东理工大学化学工程与工艺专业，获工学学士；2008毕业于复旦大学物理化学专业, 获理学博士；同年进入德国马普固体研究所从事储能电池材料和固态离子学方面的研究；2013年加入上海硅酸盐研究所工作。在新型储能材料的结构合成设计、电化学反应机制、纳米离子学、镁电池和固态电池等方面作出系列创新成果。多次受邀在国际固态离子学会议、国际氟化学会议、中国材料大会、全国电化学大会、全国固态离子学会议、全国储能科学与技术大会等会议上作邀请报告。在SCI源期刊中发表论文50篇，包括以第一作者或通讯作者的JACS、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.(6篇)、Adv. Energy Mater.、ACS Nano(3篇)、Nano Lett.、Chem. Mater. (2篇)、J. Mater. Chem. A(4篇) 等。授权PCT国际专利和美国专利1项，授权中国专利3项，在申中国专利6项。担任Nat. Commun.、JACS、ACS Nano、Chem.Mater.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、Mater.Horizons、Nano Energy等期刊特约审稿人。担任Sci.Rep.编委和Chin.Chem.Lett.青年编委。

姓名:李驰麟
性别:男
专家类别:研究员；百人
学历:博士研究生
电话:021-52411030
传真:52413903
电子邮件:chilinli@mail.sic.ac.cn
个人主页:无
邮政编码:200050
通讯地址:上海市定西路1295号

研究方向（新型储能电池体系和材料）：
新型储能材料的结构合成设计
电化学反应机制和纳米离子学
镁电池、钠基电池、锂金属电池和固态电池
联系方式：
　　高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室
　　中国科学院上海硅酸盐研究所
　　上海市长宁区定西路1295号，200050，中国
　　电话：+86-(0)21-5241 1030
　　E-mail：chilinli@mail.sic.ac.cn
代表性论文：
P. Y. Wang, J. Tian, J. L. Hu, X. J. Zhou, and C. L. Li*. Supernormal Conversion Anode Consisting of High-Density MoS2 Bubbles Wrapped in Carbon Thin-Layer Network by Self-Sulfuration of Polyoxometalate-Based Complex. ACS Nano, in press, 2017.
D. P. Cao, C. L. Yin, D. R. Shi, Z. W. Fu, J. C. Zhang*, and C. L. Li*. Cubic Perovskite Fluoride as Open Framework Cathode for Na-Ion Batteries. Adv. Funct. Mater., 1701130, 2017.
J. L. Hu, J. Tian, and C. L. Li*. Nanostructured Carbon Nitride Polymer Reinforced Electrolyte to Enable Dendrite-Suppressed Li Metal Batteries. ACS Appl. Mater. Interfaces, 9, 11615-11625, 2017.
D. P. Cao, C. L. Yin, J. C. Zhang*, and C. L. Li*. Bronze and pyrochlore type iron fluorides as cathode materials for Li/Na batteries (in Chinese). Chin. Sci. Bull., 62, 897-907, 2017.
J. J. Xie, Y. Zhang, Y. L. Han, and C. L. Li*. High-Capacity Molecular Scale Conversion Anode Enabled by Hybridizing Cluster-Type Framework of High Loading with Amino-Functionalized Graphene. ACS Nano, 10, 5304-5313, 2016.
Y. L. Han, M. H. Yang, Y. Zhang, J. J. Xie, D. G. Yin*, and C. L. Li*.Tetragonal Tungsten Bronze Framework as Potential Anode for Na-Ion Batteries. Chem. Mater., 28, 3139-3147, 2016.
Y. L. Han, J. L. Hu, C. L. Yin, Y. Zhang, J. J. Xie, D. G. Yin, and C. L. Li*. Iron-Based Fluorides of Tetragonal Tungsten Bronze Structure as Potential Cathodes for Na-Ion Batteries. J. Mater. Chem. A, 4, 7382-7389, 2016.
J. L. Hu, Y. Zhang, D. P. Cao, and C. L. Li*. Dehydrating Bronze Iron Fluoride as High Capacity Conversion Cathode for Lithium Batteries. J. Mater. Chem. A, 4, 16166-16174, 2016.
P. L. Lou, C. L. Li*, Z. H. Cui, and X. X. Guo*. Job-Sharing Cathode Design for Li-O2 Batteries with High Energy Efficiency Enabled by In-Situ Ionic Liquid Bonding to Cover Carbon Surface Defects. J. Mater. Chem. A, 4, 241-249, 2016.
Y. Zhang, J. J. Xie, Y. L. Han, and C. L. Li*. Dual-Salt Mg-Based Batteries with Conversion Cathodes. Adv. Funct. Mater., 25, 7300-7308, 2015.
J. J. Xie, C. L. Li*, Z. H. Cui, and X. X. Guo. Transition-Metal-Free Magnesium-Based Batteries Activated by Anionic Insertion into Fluorinated Graphene Nanosheets. Adv. Funct. Mater., 25, 6519-6526, 2015.
Z. H. Cui#, C. L. Li#,*, P. F. Yu, M. H. Yang*, X. X. Guo*, and C. L. Yin. Reaction Pathway and Wiring Network Dependent Li/Na Storage of Micro-Sized Conversion Anode with Mesoporosity and Metallic Conductivity. J. Mater. Chem. A, 3, 509-514, 2015.
F. Qu, C. L. Li*, Z. M. Wang*, Y. R. Wen, G. Richter, and H. P. Strunk. Eutectic Nano-Droplet Template Injection into Bulk Silicon to Construct Porous Frameworks with Concomitant Conformal Coating as Anodes for Li-Ion Batteries. Sci. Rep., 5, 10381, 2015.
F. Qu, C. L. Li*, Z. M. Wang, H. P. Strunk, and J. Maier. Metal-Induced Crystallization of Highly Corrugated Silicon Thick Films as Potential Anodes for Li-Ion Batteries. 2014.
P. F. Yu, C. L. Li*, and X. X. Guo*. Sodium Storage and Pseudocapacitive Charge in Textured Li4Ti5O12 Thin Films. J. Phys. Chem. C, 118, 10616-10624, 2014.
N. Zhao, C. L. Li*, and X. X. Guo*. Long-Life Na-O2 Batteries with High Energy Efficiency Enabled by Electrochemically Splitting NaO2 at Low Overpotential. Phys. Chem. Chem. Phys.,16, 15646-15652, 2014.
Y. Q. Li, Z. Wang, C. L. Li*, Y. Cao, and X. X. Guo*. Densification and Ionic-Conduction Improvement of Lithium Garnet Solid Electrolytes by Flowing Oxygen Sintering. J. Power Sources, 248, 642-646, 2014.
C. L. Li*, C. L. Yin, L. Gu, R. E. Dinnebier, X. K. Mu, P. A. van Aken, and J. Maier. A FeF3•0.5H2O Polytype: Microporous Framework Compound with Intersecting Tunnels for Li and Na Batteries. J. Am. Chem. Soc., 135, 11425-11428, 2013.
C. L. Li*, X. K. Mu, P. A. van Aken, and J. Maier. A Large-Capacity Cathode for Lithium Batteries Consisting of Porous Microspheres of Highly Amorphized Iron Fluoride Densified from Its Open Parent Phase. Adv. Energy Mater., 3, 113-119, 2013.
C. L. Li*, C. L. Yin, X. K. Mu, and J. Maier. Top-Down Synthesis of Open Framework Fluoride for Lithium and Sodium Batteries. Chem. Mater., 25, 962-969, 2013.
C. L. Li*, L. Gu, X. X. Guo, D. Samuelis, K. Tang, and J. Maier*. Charge Carrier Accumulation in Lithium Fluoride Thin Films Due to Li-Ion Absorption by Titania (100) Subsurface. Nano Lett., 12, 1241-1246, 2012.
C. L. Li*, L. Gu, and J. Maier. Enhancement of Li Conductivity in LiF by Introducing Glass-Crystal Interfaces. Adv. Funct. Mater., 22, 1145-1149, 2012.
C. L. Li*, and J. Maier. Ionic space charge effects in lithium fluoride thin films. Solid State Ionics, 225, 408-411, 2012.
C. L. Li*, L. Gu, J. W. Tong, and J. Maier*. Carbon Nanotube Wiring of Electrodes for High-Rate Lithium Batteries Using an Imidazolium-Based Ionic Liquid Precursor as Dispersant and Binder: A Case Study on Iron Fluoride Nanoparticles. ACS Nano, 5, 2930-2938, 2011.
C. L. Li*, L. Gu*, J. W. Tong, S. Tsukimoto, and J. Maier. A Mesoporous Iron-Based Fluoride Cathode of Tunnel Structure for Rechargeable Lithium Batteries. Adv. Funct. Mater., 21, 1391-1397, 2011.
C. L. Li*, X. X. Guo, L. Gu, D. Samuelis, and J. Maier*. Ionic Space-Charge Depletion in Lithium Fluoride Thin Films on Sapphire (0001) Substrates. Adv. Funct. Mater., 21, 2901-2905, 2011.
C. L. Li*, L. Gu*, S. Tsukimoto, P. A. van Aken, and J. Maier. Low Temperature Synthesis of Nanostructured Iron-Based Fluoride Cathode by Ionic Liquid for Lithium Batteries. Adv. Mater., 22, 3650-3654, 2010.
C. L. Li, K. Sun, L. Yu, and Z. W. Fu*. Electrochemical Reaction of Lithium with Orthorhombic Bismuth Tungstate Thin Films Fabricated by Radio-Frequency Sputtering. Electrochim. Acta, 55, 6-12, 2009.
C. L. Li, Q. Sun, G. Y. Jiang, and Z. W. Fu*. Electrochemistry and Morphology Evolution of Carbon Micro-Net Films for Rechargeable Lithium Ion Batteries. J. Phys. Chem. C, 112, 13782-13788, 2008.
C. L. Li and Z. W. Fu*. Nano-sized Copper Tungstate Thin Films as Positive Electrodes for Rechargeable Li Batteries. Electrochim. Acta, 53, 4293-4301, 2008.
C. L. Li and Z. W. Fu*. Electrochemical Characterization of Amorphous LiFe(WO4)2 Thin Films as Positive Electrodes for Rechargeable Lithium Batteries. Electrochim. Acta, 53, 6434-6443, 2008.
C. L. Li and Z. W. Fu*. All-Solid-State Rechargeable Thin Film Lithium Batteries with LixMn2O4 and LixMn2O4-0.5ZrO2 Cathodes. Electrochim. Acta, 52, 6155-6164, 2007.
C. L. Li and Z. W. Fu*. Kinetics of Li+ Ion Diffusion into FePO4 and FePON Thin Films Characterized by AC Impedance Spectroscopy. J. Electrochem. Soc., 154 (8), A784-A791, 2007.
C. L. Li, B. Zhang, and Z. W. Fu*. Physical and Electrochemical Characterization of Thin Films of Iron Phosphate and Nitrided Iron Phosphate for All-Solid-State Batteries. J. Electrochem. Soc., 153 (9), E160-E165, 2006.
C. L. Li, B. Zhang, and Z. W. Fu*. Physical and Electrochemical Characterization of Amorphous Lithium Lanthanum Titanate Solid Electrolyte Thin-Film Fabricated by E-Beam Evaporation. Thin Solid Films, 515, 1886-1892, 2006.
C. L. Li, W. Y. Liu, and Z. W. Fu*. Physical and Electrochemical Characterization of LiCo0.8M0.2O2 (M= Ni, Zr) Cathode Films for All-Solid-State Rechargeable Thin-film Lithium Batteries. Chinese Journal of Chemical Physics, 19 (6), 493-498, 2006.
李驰麟，傅正文*，舒兴胜，任兆杏.电子回旋共振等离子体辅助溅射沉积锂磷氧氮薄膜. 无机材料学报, 21(1), 193-198, 2006.

wangqiu · 发表于 2018-4-27 13:48:43

上海硅酸盐所在高比能有机镁电池研究中取得重要进展

中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟研究员带领的团队提出一类双盐电解质激活的多电子反应的有机镁电池，其正极采用绿色可再生的玫瑰红酸盐（如Na2C6O6）。相关成果发表在美国化学会旗下著名刊物ACS Nano上（DOI: 10.1021/acsnano.7b09177）。

相关研究背景

以智能电网为代表的大规模储能装置的应用对储能电池的循环寿命、功率密度、成本、安全性等提出了更高的要求。室温二次镁基电池是一类以金属镁为负极的电化学储能体系，具有负极地壳储量丰富、成本低（金属镁的价格不足金属锂价格的5%）、体积比容量大（3833 mAh/cm3）、电化学循环过程中无枝晶生成等优势，且镁离子的理论还原电位只比锂离子高出0.6V左右，只要采用适配的正极结构框架，镁基电池仍可维持与锂离子电池相当的能量密度。而且，稳定的镁离子可逆沉积/剥离有助于抑制负极端体积膨胀、减少电解液消耗，显著改善镁基电池的循环寿命和功率密度。因此，镁基电池可在不牺牲能量密度的前提下，满足下一代储能体系的指标要求。

然而，缓慢的镁离子晶格内迁移和无机框架的低理论容量等缺点仍限制着镁电池的广泛应用。锂镁双盐电解质体系通过占主导的锂离子（代替镁离子）嵌入正极晶格可实现正极端动力学的激活，同时不牺牲镁金属负极端循环过程的稳定性，避开了镁离子动力学性能差的缺点，极大拓展了镁电池正极材料的选择范围。

相关研究工作

纳米结构的有机体系以高密度羰基(C=O)作为氧化还原反应位，可实现高达350-400 mAh/g的可逆容量（三电子转移），通过还原氧化石墨烯（RGO）配线可进一步实现高倍率的电化学性能，其在2.5 A/g (5 C) 和 5 A/g (10 C)电流密度下的容量仍可分别维持在200 和175 mAh/g，高倍率性能也受益于大电流和长循环条件下镁负极仍无枝晶形成。这一优异性能受益于锂在Na2C6O6中的高本征扩散系数(10-12-10-11 cm2/s)和大于60%的赝电容贡献，更牢固的非锂钉扎效应（通过Na-O-C 和Mg-O-C实现）可抑制晶粒中C6O6层的剥落，实现长达至少600次的充放电循环。这一有机镁电池的正极活性物质的能量密度可超过500 Wh/kg，可容忍超过4000 W/kg的功率密度，这一性能超过了基于无机结构的高电位嵌入正极材料的水平。

该团队长期致力于镁基电池动力学改善策略的研究，前期已开发出阴离子嵌入激活、反应中心外露的镁氟化石墨烯电池（Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 6519–6526），开发出基于大容量多硫化物转换反应的双盐镁基电池（Adv Funct Mater. 2015, 25, 7300-7308），提出了大倍率、长循环Mg-S 电池的实现途径（Adv Mater. 2018, 30, 1704166）。

锂镁双盐电解质激活、基于纳米结构玫瑰红酸盐的大容量有机镁电池

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院百人计划和上海##计划等项目的资助和支持。

wenzi · 发表于 2019-9-12 16:36:02

2019自然科学基金面上项目-镁负极在常规电解液中的界面改性策略
批准号 21975276 学科分类其他新型电池 ( B050805 )
项目负责人李驰麟负责人职称依托单位中国科学院上海硅酸盐研究所
资助金额 66.00万元项目类别面上项目
研究期限 2019 年 09 月 12 日至2019 年 09 月 12 日

baoen · 发表于 2021-5-12 09:12:41

为了满足下一代高比能电池的能量密度要求，具有高理论容量和低电化学电位的锂金属，是未来可充电池（比如Li-S和Li-FeF3）的理想负极。然而，负极锂枝晶不可控生长引起的固态电解质界面（SEI）不稳定、循环过程中锂的体积膨胀以及“死锂”的产生、电池短路等问题，严重阻碍了锂金属电池（LMBs）的发展。自从采用LiF作为电解液添加剂增强SEI性能以来，锂金属电池的循环寿命和库仑效率（CE）得到有效提高，致使富氟材料受到特别关注。同时，氟原子具有强的吸电子性，氟掺杂还能够扩大电解质的最高已占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）之间的差距，促进电解质的抗还原能力。因此，许多策略聚焦于诱导SEI中氟元素的富集，以改善锂金属电池的性能。但是，目前的氟化策略仍然面临一些问题，比如，含F的锂盐或添加剂必须降解或消耗，方能释放出足够含量的F，如此便造成了含F锂盐和添加剂的不可逆损失，如果没有后续补充，电池性能将不可避免地衰减。另外，用氟化剂在锂金属表面进行LiF层构建的方法通常需要额外的制备工序，会在一定程度上增加大规模应用的成本，同时在表面氟化过程中可能会释放出有毒气体（F2或HF），环境条件要求严格。

　　基于目前含氟电解液添加剂和表面氟化策略面临的问题，中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟研究员团队提出了一种“非消耗性”和“可流动性”氟化界面的新概念，通过将一种全氟聚醚（PFPE）油滴分散到电极表面，以调控锂离子沉积行为和稳定锂金属负极。与通常分散在电解液并在循环过程中被消耗的添加剂不同，该油滴可作为液体聚合物界面改性剂，与锂负极和电解液接触均不具有反应性（非消耗性），从而可在不降级锂离子扩散率的条件下，持久地保护锂负极，免于其与电解液发生副反应，减少锂盐的损耗。相关研究成果发表在Energy & Environmental Science上。
　　该富含C-F基团的PFPE（(CF(CF3)CF2O)x(CF2O)y）具有极性、低摩擦系数、良好润滑性、低表面能和高化学惰性等特点，可实现油滴对锂金属的“动态”分层铺设保护，并作为异相成核位点，可显著降低锂镀层的成核过电势(10mV,1mAcm-2)。该种油滴的低表面能有利于C-F结构单元在锂负极表面的分散吸附，以及抑制随后电沉积过程中的锂枝晶生长，由于其出色的可铺展性，极少量的PFPE油滴即可产生显著的稳定锂负极形变的效果。鉴于氟化油滴的优异流动性和惰性，它很容易填充到金属电极表面凹低处以覆盖不平坦的锂-电解质界面，实现锂沉积过程中电极表面“热点”（hot-spots）区域的动态愈合，这一填充行为不降级锂离子渗透性和锂成核动力学。在电化学过程中，PFPE中间层可以很好地分隔电解液和锂负极，能够灵活变形以适应锂的沉积形态，从而为新形成的SEI提供进一步保护。在SEI表面修饰富含C-F的官能团有利于提高其LUMO能级，在电场作用下，锂表面附近的PFPE分支的边缘区域可碎裂以促进C-F和Li-F成分的界面富集，增强SEI的结构稳健性和电化学稳定性，从而有利于锂电镀层的致密化（从马赛克铺砖堆叠到无枝晶的紧密互连的网络织构）。这一氟化流体策略有助于显著提高NMC811/Li等全电池的循环寿命（超过700个循环）和倍率性能（高达10C）。该研究通过使用不混溶的氟化液体中间层作为永久性调节剂，为实现高性能锂金属电池提供了一条新途径。
　　该研究成果的第一作者为上海硅酸盐所在读博士生杨启凡，相关研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助和支持。
　　　相关链接：https://doi.org/10.1039/D0EE03952G

kongke · 发表于 2024-1-2 09:15:01

相比基于单电子转移反应的拓扑嵌入型正极，基于多电子转移反应的转换型金属氟化物正极可有效提升电池能量密度，且兼具低成本和环境友好等优势。在氟化物正极的发展过程中，氟化铁（FeF3）和氟化铜（CuF2）材料虽然都具有高的理论能量密度（FeF3: 1943 Wh/kg; CuF2: 1874 Wh/kg）和反应电位（FeF3: 2.73 V vs. Li+/Li; CuF2: 3.55 V vs. Li+/Li），但前者由于电化学过程中原位形成了连续的内建导电网络，电化学可逆性更好，受到更多关注；而后者因其去锂化过程中铜物质的溶解，导致其电化学可逆性很差（循环寿命<10次），甚至一度被认为只能用作一次电池的正极材料。因此，为充分发挥氟化铜材料的优势，提高其电化学可逆性至关重要。近年来，基于阳离子取代的协同转换策略虽然一定程度上提高了电化学可逆性，但本质上并未解决铜物质溶解的问题；而构建氧化物包覆层虽然可缓减正极和电解液的直接接触，但改善效果却很微弱。

      针对上述问题，中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟研究员带领的团队开发了一种羟基固溶的铜基氟化物正极以缓解铜溶解，并联合可构建固液氟传输通道的阴离子受体电解液改性策略，来改善铜基氟化物电池的转换反应可逆性。研制的混合阴离子铜基氟化物（Cu2(OH)3F）首次被作为正极材料，展现出超过400 mAh/g的高可逆容量以及比球磨氟化铜（m-CuF2）更小的电压极化，阴离子受体添加剂的Lewis酸度和几何构型调控则进一步提高了Li-Cu2(OH)3F电池的动力学和循环性能。相关成果以”Enable reversible conversion reaction of copper fluoride batteries by hydroxyl solution and anion acceptor”为题发表于 Energy Storage Materials 64 (2024) 103073。
      该工作首先通过碱性环境中的溶剂热合成制备出Cu2(OH)3F和碳的复合正极材料（Cu2(OH)3F-c），合成中原位掺杂的导电碳被碎片成薄层碳，保形包覆在微米级板条状的一次颗粒上，这些颗粒自组装成类海胆状形貌的多孔聚集体，实现微米尺度的长程电子传输和电解液的高效浸润。通过对Cu2(OH)3F-c和m-CuF2的微分电容行为分析，发现在充电过程中，铜溶解行为出现越早，活性物质损失越多，电化学可逆性和循环寿命越差。利用对循环后电解液的新亚铜试剂检测法，发现溶解的Cu主要为Cu+，Cu2(OH)3F-c中大量OH的存在抑制了Cu+的溶解及其相关副反应，且OH的存在也提高了Cu-anion晶域的电子导电性，改善了氟化物的反应动力学。此外，OH的存在使Cu2(OH)3F-c产生了分相转换的反应机制，该机制极大增加了多相异质界面，通过空间位阻效应阻止了Cu离子的扩散和溶解，抑制了Cu金属域的生长或粗化，从而提高了反应可逆性。同时，多相界面的丰富也增强了Li+沿晶界和异质界面的传输能力，提高了反应动力学。
      为进一步促进Cu2(OH)3F-c循环过程中F和OH的解离和转化，该工作还通过优选合适Lewis酸度和几何构型的阴离子受体（AA）添加剂来构建正极-电解液界面的固液阴离子转换通道，增强界面电荷和质量传输以降低正极反应的极化电压。除了改善正极端，AA也会影响负极和隔膜端的性能，因此AA选择对可溶正极尤为重要（可溶活性物质会穿梭过隔膜和腐蚀负极）。强酸性AA由于解离LiF能力太强，导致锂金属负极界面稳定性差，界面电荷传输能力降低；而该工作提出的弱酸性的4-吡啶硼酸频哪醇酯（DiOB-Py）有助于被吸附阴离子的释放，从而使负极端LiF解离变少，促进均匀锂沉积。非对称几何构型的DiOB-Py极性更强且分子尺寸小，因此对极性隔膜具有更好亲和性，从而提高了电解液对隔膜的浸润性，有助于进一步改善氟化物电池的反应动力学和可逆性。
      论文第一作者是上海硅酸盐所在读博士生余一凡，通讯作者是李驰麟研究员，相关研究得到了国家自然科学基金委和上海市科委等项目的资助和支持。
      附论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.103073

nuliyidian · 发表于 2024-1-17 10:26:59

具有更高能量密度的先进锂电池是电动汽车和智能电网等大规模储能领域的迫切需求。为了最大限度地提高能量密度，锂金属因其最低的电化学电位（-3.04 V相对于标准氢电极）和最高的理论比容量（3860 mAh g-1）被用于负极材料，从而受到广泛关注。锂金属负极可以与以转换反应为特征的高能量密度无锂正极匹配，从而激发了包括氟化物和锂硫体系在内的下一代转换型电池的研究热情。然而，锂金属与高活性的有机电解液之间会发生复杂的副反应，易形成不理想的固体电解质界面层（SEI）或表面钝化层。这些界面层会导致金属锂负极在反复循环过程中面临不均匀沉积的现象，导致库伦效率降低、电极和电解液活性物质流失、锂枝晶生长等问题。自然形成的SEI较脆弱，呈现反复塌陷和再生行为，导致其开裂和内部新鲜金属锂的暴露，这个过程往往以电解液的消耗为代价，加速了界面副反应和电化学惰性“死Li” 形成。这些缺点限制了锂金属电池的循环寿命和商业化应用进程。因此，在锂负极表面构建稳健的人工SEI涂层，特别是可原位形成锂离子传导晶域的SEI，对缓解负极枝晶生长和促进界面输运动力学等具有重要作用。

      针对上述问题，中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟研究员带领团队提出利用原位锂化反应和电化学过程驱动异质导电界面构筑的策略，分别利用有序介孔固酸的电化学活化、开框架钙钛矿相的锂化转换、双氰胺溶液的锂化还原等方法，构建了富含磷化（LiZr2(PO4)3）、氟化（缺陷LiF）、氮化（Li2CN2）高导锂离子纳米晶域的异质结构SEI层，助力超稳定（3300次循环）和安时级锂金属电池的研制，相关成果分别发表在Adv. Energy Mater. 2024, DOI: 10.1002/aenm.202302174；Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2206778；Nano Energy 2023, 113, 108523。
      团队利用蒸发诱导自组装模板法合成了有序介孔固体酸的磷氧酸锆（ZrOP），通过与金属锂的自发反应，构建出富含锂离子导体纳米晶域的人工SEI。前驱体中 P诱导ZrOP的非晶化可加速自发锂化反应，促进锂负极循环过程中在SEI产生含磷锂离子导体（Li3P、Li3PO4、LiZr2(PO4)3）和 LiF纳米域。 SEI 的电化学活化提高了其内部锂离子的传导能力，促进了互联多孔SEI网络结构的形成，有利于锂金属晶粒的均匀成核和生长（尺寸可达 10 μm），可抑制长期镀锂-剥锂过程中的锂枝晶生长和体积膨胀。通过TEM和TOF-SIMS检测，证实了长期循环后SEI内层仍富含离子电导率较高的LiZr2(PO4)3无机晶域。 ZrOP 修饰的 Li 对称电池可实现1 mA cm-2电流密度下超过 1600 小时的循环寿命。基于 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) 的改性全电池在1C高倍率下显示出至少 300 次的稳定循环，容量保持率为 80%。ZrOP改良的薄锂负极（厚度 40 μm）促成了基于高载量正极的多层软包电池的实现，其仍然具有稳定循环，可逆容量超过1 Ah。（Adv. Energy Mater. 2024, DOI: 10.1002/aenm.202302174）
      该团队也利用K3FeF6钙钛矿纳米涂层与金属锂接触时的转换反应，构造了由 KF、LiF 和 Fe 纳米晶畴组成的鲁棒性SEI。在该SEI中，LiF和KF纳米畴之间的异质界面以及LiF内部的玻璃-晶相界面可表现出空间电荷累积或叠加效应，使得界面处迁移离子浓度增加和具有较低的迁移能。嵌入Fe纳米畴的高分散特性和挤压效应有利于周围LiF的尺寸抑制和缺陷富集，从而改善LiF的导电性。这些异质相之间的相互影响都有利于SEI中锂离子电导率的提升。此外，KF的潜在溶解可以诱导电解液溶剂排列模式发生变化，形成更粘稠和拥堵的溶剂结构，促进电解液和SEI之间生成额外的低聚体过渡层，减少电解液与锂金属表面的直接接触，进一步抑制副反应的发生，并降低界面电荷转移阻抗。残留K3FeF6组分的特有3D 开放通道（即使在长期循环后）仍然可以作为各向同性的多孔调制器，来降低局部电流密度并减轻负极的体积变化。借助这种富氟异质纳米畴结构，锂金属对称电池在2 mAh/cm2的面容量下循环寿命长达1100小时，基于NCM811的全电池在0.5 C和1 C倍率下可分别稳定循环至少1500和3300圈。基于高载量NCM811（30 mg/cm2）的大尺寸软包电池可实现1.5Ah的容量释放，其基于软包重量的能量密度可达236 Wh/kg。（Nano Energy 2023, 113, 108523）
该团队也通过双氰胺溶液反应原位合成了均匀紧凑的碳配线互连Li2CN2纳米骨架（Li2CN2/C）的离子-电子混合导电结构。其中，Li2CN2是一种优良的锂离子导体，其高亲锂性和抗还原稳定性使锂离子均匀流动和锂镀层持久均质成为可能。在Li2CN2/C复合界面相中，纳米晶结构和丰富非晶化域有利于Li2CN2离子电导率的进一步提高。Li2CN2的LUMO能级（-0.97 eV）高于Li2CO3和LiF，也高于其他典型的SEI组分，表明了Li2CN2作为新型SEI组分具有更强的抗还原能力，可以有效增强SEI的稳定性。另外，Li2CN2具有更长的临界枝晶长度（γE值高达8076.44 meV Å-2 GPa），表明其具有更好的锂枝晶抑制能力。Li2CN2/C中互连的碳配线网络则可促进跨SEI的连续电子接触和均匀电流分布，促进Li在Li2CN2/C颗粒周围的均匀成核和生长。Li2CN2/C结构还可抑制界面副反应，提升有利SEI组分（如LiF、C-F和C-N）的比例。得益于这种耐用的复合SEI，锂成核过电位显著降低（0.5 mA cm-2下从71 mV降低到6 mV），锂沉积/剥离的电压滞后和库伦效率稳定性显著改善。Li2CN2/C改性的NCM811/Li电池可在高倍率下超过1000次循环。即使在薄锂负极和高载量正极条件下，循环稳定效果仍然显著。（Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2206778）
上述工作的第一作者分别为上海硅酸盐所博士生顾玉萍、吴成龙和杨启凡。通讯作者为李驰麟研究员和胡九林副研究员。相关研究工作得到了国家自然科学基金和上海市科委项目等的资助和支持。
      附文章链接
   https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202302174
   https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108523
   https://doi.org/10.1002/adfm.202206778

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[专家学者] 中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟

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