Elucidating the role of polar functional groups in fluorinated polymer artificial interphase for stable lithium anodes

相间 极地的 阳极 锂(药物) 聚合物 材料科学 化学工程 化学 高分子化学 有机化学 电极 生物 物理化学 物理 细胞生物学 工程类 天文 内分泌学
作者
Kun Li,Zhen Wang,Borui Yang,Ting Li,Bin Li,Jiahao Chen,Zhongfu Yan,Miao He,Anjun Hu,Jianping Long
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:493: 152527-152527 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.152527
摘要

The properties of solid electrolyte interphase (SEI) are pivotal for stable lithium (Li) metal anodes. However, the process of formation and ion transport behavior of lithium fluoride (LiF) through the polar groups of organic fluorinated artificial SEI has not been clearly elucidated. Herein we demonstrate that the key role of polar functional groups in fluorinated polymer artificial SEI (FPASEI) is elucidated by using 2,2,2-trifluoroethylacrylate (TFEA) through radical polymerization. Density functional theory and ab initio molecular dynamics calculations demonstrate that the abundant CO polar groups in TFEA contribute a large number of electrons, thereby facilitating the degradation kinetics of CF bond cleavage in lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide salt to yield LiF. Moreover, the presence of CF, COC, and CO groups in TFEA facilitate the migration of Li+ towards interchain regions through cation-dipole interaction, leading to dendrite-free Li deposition. The implementation of FPASEI in a Li||Li cell results in 500 h of Li plating/stripping cycling at 1 mA cm−2 and retains a capacity retention rate of 80 % after 265 cycles in Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cell. This study not only emphasizes the critical role of polar groups in artificial SEI but also presents a promising strategy for achieving stable Li metal batteries.
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