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鋰金屬電極由于其低電化學勢和超高理論容量而被認為是提高下一代二次電池能量密度的絕佳選擇。然而，鋰電極在循環(huán)過程中存在庫侖效率（CE）差和鋰沉積不均勻的問題，嚴重限制了其應用。

南開大學劉勝等介紹了一種實用的陰離子表面活性劑全氟(2-甲基-3-氧雜己酸)銨(APFA)作為電解液添加劑來調節(jié)鋰的沉積行為。

圖1 a)空白和b)含APFA的電解液中帶負電鋰電極表面的電場（紅色曲線）和鋰離子分布

與循環(huán)過程中用于增強SEI的犧牲添加劑不同，全氟(2-甲基-3-氧雜己酸)陰離子(PFA^?)主要在一定的電位范圍內吸附在Li表面。在沒有特異性吸附的情況下，離子不能穿透到內亥姆霍茲平面(IHP)，而只有溶劑分子可以接近IHP，在鋰電極的還原過程中，外亥姆霍茲平面(OHP)中的鋰離子在長程靜電力的作用下會被還原而沉積在電極上。當IHP中發(fā)生PFA^?陰離子的特定吸附時，過量的鋰離子將進入OHP，以部分抵消這些特定吸附陰離子提供的多余電荷。

此外，研究顯示，這些PFA^?陰離子的特定吸附會導致分散層電位(ψ1)的負移，根據ψ1效應，ψ1的負移和致密層中Li⁺濃度的增加表明Li⁺的陰極動力學加速。結果，可以在ψ1效應下獲得致密且均勻的鋰沉積形態(tài)。因此，APFA 可提高鋰電極的穩(wěn)定性。

圖2 對稱電池性能

研究顯示，可以在ψ1效應下獲得致密且均勻的鋰沉積形態(tài)，采用含APFA的電解液的Li/Li對稱電池可以運行超過4000小時，并具有出色的穩(wěn)定性和低極化。

此外，基于APFA的Li/Li₄Ti₅O₁₂全電池也顯示出延長的循環(huán)壽命，經過500圈循環(huán)后可保持160 mAh g^?1的容量和高CE。這項工作為制造用于高能量密度二次電池的穩(wěn)定鋰負極提供了一種簡便且有前景的策略。

圖3 全電池性能

Specific Adsorption Reinforced Interface Enabling Stable Lithium Metal Electrode. Advanced Functional Materials 2022. DOI：10.1002/adfm.202112005

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南開劉勝AFM：吸附型添加劑助力Li/Li電池穩(wěn)定運行4000小時！

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