近日，biwn必赢董全峰教授课题组在锂金属负极界面设计方面取得重要进展。相关成果以“Constructing an Ion-Wall to Achieve Excellent Lithium Anodes in Li-O2 Batteries with High DN Electrolytes”为题发表在Advanced Energy Materials（DOI：DOI: 10.1002/aenm.202304153）。
直接使用金属锂作电池负极可构建高比能电化学储能体系，因而锂负极成为当前这一领域的研究热点。但金属锂化学性质活泼，在电解液中容易发生副反应，且有枝晶、死锂等诸多问题。尤其是在使用高DN值电解液的条件下，锂金属负极表面腐蚀问题更为严重，严重制约着电池的性能。因此，构筑锂表面高效、强韧、多功能保护层至关重要。
为此，课题组通过功能型分子与锂金属之间多步化学反应，成功在锂金属表面构筑一种由纳米晶块和无定型基质镶嵌组成的“离子墙”（ion wall，IW）保护层。其中支撑墙体结构的纳米晶块主要成分为LiF，化学性质稳定、电子绝缘、具有高机械强度和高界面能。而填充在纳米晶块间隙的无定型基质主要含Li2S、Li3N和部分有机物，具有快速传递锂离子的特性。不同于传统锂金属负极表面自发形成的SEI层，离子墙特殊的结构和组成使其具有高化学稳定性、高电子阻隔能力和快速导离子能力，不仅能快速传递锂离子，满足电化学反应的需求，同时能显著减少高DN值电解液和氧活性物种与锂金属之间的副反应，抑制锂枝晶的产生，从而大幅度提高锂金属负极在高DN值电解液中的界面稳定性。因此，将具有离子墙保护的锂金属负极应用于高DN值电解液体系的锂-氧气电池中，可以显著提升锂-氧气电池的循环寿命。就金属负极而言，该“离子墙”保护层具有一般性意义。这项工作为高活性电解液体系中锂金属负极及其它碱金属负极的保护提供了新的设计思路。
该工作在biwn必赢董全峰教授和郑明森教授的指导下完成，biwn必赢2020级博士生谭艳艳和2018级博士生孙宗强（已毕业）为该论文共同第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金 (22179112、22072117、22021001) 以及固体表面物理化学国家重点实验室等支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202304153
