Regulated lithium deposition behavior by chlorinated hybrid solid-electrolyte-interphase for stable lithium metal anode

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作者
Wencheng Ma,Yaru Shi,Jinlong Jiang,Yi Xu,Xiaoyu Liu,Chao Shen,Yong Jiang,Bing Zhao,Jiujun Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:442: 136297-136297 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.136297
摘要

• The rationality of Li deposition under chlorinated SEI was clarified by DFT. • A stable chlorinated hybrid SEI layer has been designed on the Li metal surface. • The enriched LiCl inhibits the growth of Li metal on SEI surface. • LFP|Li cells exhibit longer lifespan under ultrahigh loads (17.4 mg cm −2 ). Lithium (Li) metal is the ultimate anode material for use in next-generation batteries in the pursuit of higher energy densities. However, the traditional solid electrolyte interphase (SEI) owns the disadvantages of large interfacial impedance, low Li ions migration rate and easy fragility. Herein, this is the first report that reveals in detail the rationality of Li deposition beneath the chlorinated hybrid layer and fast ion transport kinetics at LiCl/Li interface through density functional theory (DFT) estimation. Based on this, an artificial SEI layer enriched with LiCl, LiZn alloy and in-situ ring-opening polymerization of poly(tetrahydrofuran) (PTMG) is constructed on lithium metal surface. The glow-discharge optical emission spectroscopy (GD-OES) results revealed that LiCl is mainly enriched on the surface of the artificial SEI, its excellent electron-blocking ability could inhibit the electron flow tunneling from the Li metal to SEI, which prevents the generation of Li 0 . As expected, the Li metal anode with an artificial chlorinated hybrid SEI layer exhibits excellent cycle performance over 2000 h with lower overpotential of 11 mV at 1 mA cm −2 . Moreover, full-cell delivers higher capacity retention and coulombic efficiency after long cycles under high LiFePO 4 loading (at 17.4 mg cm −2 , 3.0 mAh cm −2 ).
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