LiF-Rich Interfacial Protective Layer Enables Air-Stable Lithium Metal Anodes for Dendrite-Free Lithium Metal Batteries

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作者
Yiyao Han,Ruyi Fang,Chengwei Lu,Kun Wang,Jun Zhang,Xinhui Xia,Xinping He,Yongping Gan,Hui Huang,Wenkui Zhang,Yang Xia
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (26): 31543-31551 被引量:50
标识
DOI:10.1021/acsami.3c06007
摘要

Lithium (Li) metal is considered as a promising anode candidate for high-energy-density batteries. However, the high reactivity of Li metal leads to poor air stability, limiting its practical application. Additionally, the interfacial instability, such as dendrite growth and an unstable solid electrolyte interphase layer, further complicates its utilization. Herein, a dense lithium fluoride (LiF)-rich interfacial protective layer is constructed on the Li surface through a simple reaction between Li and fluoroethylene carbonate (denoted as LiF@Li). The LiF-rich interfacial protective layer consists of both organic (ROCO2Li and C-F-containing species, which only exist on the outer layer) and inorganic (LiF and Li2CO3, distribute throughout the layer) components with a thickness of ∼120 nm. Specifically, chemically stable LiF and Li2CO3 play an important role in blocking air and hence improve the air durability of LiF@Li anodes. Notably, LiF with high Li+ diffusivity facilitates uniform Li+ deposition, while organic components with high flexibility relieve volume change upon cycling, thereby enhancing the dendrite inhibition capacity of LiF@Li. Consequently, LiF@Li exhibits remarkable stability and excellent electrochemical performance in both symmetric cells and LiFePO4 full cells. Moreover, LiF@Li maintains its initial color and morphology even after air exposure for 30 min, and the air-exposed LiF@Li anode still retains its superior electrochemical performance, further establishing its outstanding air-defendable capability. This work proposes a facile approach in constructing air-stable and dendrite-free Li metal anodes toward reliable Li metal batteries.
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