Regulating Inner Helmholtz Plane for Stable Solid Electrolyte Inter-phase on Lithium Metal Anodes,Journal of the American Chemical Society

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Regulating Inner Helmholtz Plane for Stable Solid Electrolyte Inter-phase on Lithium Metal Anodes
Journal of the American Chemical Society ( IF 14.4 ) Pub Date : 2019-05-22 , DOI: 10.1021/jacs.9b05029
Chong Yan _{1,

2} , Hao-Ran Li ₃ , Xiang Chen ₃ , Xue-Qiang Zhang ₃ , Xin-Bing Cheng ₃ , Rui Xu _{1,

2} , Jia-Qi Huang ₂ , Qiang Zhang ₃

Affiliation

The stability of a battery is strongly dependent on the feature of solid electrolyte interphase (SEI). The electrical double layer forms prior to the formation of SEI at the interface between the Li metal anode and the electrolyte. The fundamental understanding on the regulation of the SEI structure and stability on Li surface through the structure of the electrical double layer is highly necessary for safe batteries. Herein, the interfacial chemistry of the SEI is correlated with the initial Li surface adsorption electrical double layer at the nanoscale through theoretical and experimental analysis. Under the premise of the constant solvation sheath structure of Li+ in bulk electrolyte, a trace amount of lithium nitrate (LiNO3) and copper fluoride (CuF2) were employed in electrolytes to build robust electric double layer structures on a Li metal surface. The distinct results were achieved with the initial competitive adsorption of bis(fluorosulfonyl)imide ion (FSI-), fluoride ion (F-), and nitrate ion (NO3-) in the inner Helmholtz plane. As a result, Cu-NO3- complexes are preferentially adsorbed and reduced to form the SEI. The modified Li metal electrode can achieve an average Coulombic efficiency of 99.5% over 500 cycles, enabling a long lifespan and high capacity retention of practical rechargeable batteries. The as-proposed mechanism bridges the gap between Li+ solvation and the adsorption about the electrode interface formation in a working battery.

中文翻译：

锂金属阳极上稳定固体电解质相间的调节内亥姆霍兹平面

电池的稳定性在很大程度上取决于固体电解质界面 (SEI) 的特性。双电层在锂金属负极和电解质之间的界面处形成 SEI 之前形成。通过双电层结构对锂表面SEI结构和稳定性的调节的基本理解对于安全电池是非常必要的。在此，通过理论和实验分析，SEI 的界面化学与纳米级的初始锂表面吸附双电层相关。在本体电解质中 Li+ 具有恒定溶剂化鞘结构的前提下，微量硝酸锂 (LiNO3) 和氟化铜 (CuF2) 被用于电解质中，以在锂金属表面构建坚固的双电层结构。双（氟磺酰基）酰亚胺离子 (FSI-)、氟离子 (F-) 和硝酸根离子 (NO3-) 在内部亥姆霍兹平面中的初始竞争吸附取得了明显的结果。结果，Cu-NO3-复合物被优先吸附并还原形成SEI。改性锂金属电极可在 500 次循环中实现 99.5% 的平均库仑效率，使实用的可充电电池具有长寿命和高容量保持率。所提出的机制弥合了锂离子溶剂化与工作电池中电极界面形成吸附之间的差距。双（氟磺酰基）酰亚胺离子 (FSI-)、氟离子 (F-) 和硝酸根离子 (NO3-) 在内部亥姆霍兹平面中的初始竞争吸附取得了明显的结果。结果，Cu-NO3-复合物被优先吸附并还原形成SEI。改性锂金属电极可在 500 次循环中实现 99.5% 的平均库仑效率，使实用的可充电电池具有长寿命和高容量保持率。所提出的机制弥合了锂离子溶剂化与工作电池中电极界面形成吸附之间的差距。双（氟磺酰基）酰亚胺离子 (FSI-)、氟离子 (F-) 和硝酸根离子 (NO3-) 在内部亥姆霍兹平面中的初始竞争吸附取得了明显的结果。结果，Cu-NO3-复合物被优先吸附并还原形成SEI。改性锂金属电极可在 500 次循环中实现 99.5% 的平均库仑效率，使实用的可充电电池具有长寿命和高容量保持率。所提出的机制弥合了锂离子溶剂化与工作电池中电极界面形成吸附之间的差距。改性锂金属电极可在 500 次循环中实现 99.5% 的平均库仑效率，使实用的可充电电池具有长寿命和高容量保持率。所提出的机制弥合了锂离子溶剂化与工作电池中电极界面形成吸附之间的差距。改性锂金属电极可在 500 次循环中实现 99.5% 的平均库仑效率，使实用的可充电电池具有长寿命和高容量保持率。所提出的机制弥合了锂离子溶剂化与工作电池中电极界面形成吸附之间的差距。

更新日期：2019-05-22

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