浙工大陶新永教授与NTU楼雄文教授 Science:自组装单分子层技术构筑超长寿命锂金属电池

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近日，浙江工业大学材料科学与工程学院新能源材料与技术研究所陶新永教授团队与新加坡南洋理工大学楼雄文教授合作，首次将自组装单分子层表界面技术用于调控电解质氧化还原状态，实现对高比能量金属锂电池电解质分解的精确控制。该成果以“Self-assembled monolayers direct a LiF-rich interphase toward long-life lithium metal batteries”为题，浙江工业大学作为第一完成单位，在线发表在Science期刊上。

锂枝晶的生长是导致高比能锂金属电池(LMBs)容量快速衰减和安全问题的主要原因，限制了锂金属阳极的大规模商业应用。在抑制锂枝晶生长的研究中，与锂传输和沉积密切相关的固态电解质膜(SEI)的修饰或重建是最关键的策略手段。根据以往的研究表明，LiF凭借其高界面能、高化学稳定性和较低的Li+扩散势垒，能够有效稳定SEI膜、提高Li+的传输能力，从而提高LMBs的循环寿命。LiF是含氟电解质成分的分解产物，因此，精确控制电解液中C-F键的分解，构建富含LiF的SEI膜的策略具有很大的挑战性。
羧基端基的自组装单分子层通过引入偶极矩加速LiTFSI还原分解动力学，诱导形成富LiF的固态电解质界面膜，使金属锂电池在苛刻条件下依旧获得超长循环寿命
该研究通过在商用氧化铝涂覆的陶瓷隔膜表面修饰高度一致且长程有序的SAMs，在阳极界面处引入偶极矩改变电子转移动力学，从而加速含氟锂盐的还原分解过程，成功构筑了富含LiF的高稳定性SEI膜，促进了Li+的快速转移并抑制锂枝晶的生长，实现了在高正极负载、有限锂源和贫电解液等苛刻条件下优异的全电池循环性能。由于SAMs分子结构高度可调且可简便应用于商用电池隔膜体系，因而该策略可扩展到其它电极体系，构建性能更为优异的各类储能器件。
自组装单分子层偶极矩关联的静电势等值面计算及富LiF的固态电解质界面膜冷冻透射电镜原子级结构可视化

作者简介

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陶新永，浙江工业大学材料学院副院长，教授，博导，获国家自然科学基金优秀青年基金项目资助（2017年），主要研究方向包括碳基功能材料制备及储能性能，先进二次电池及新能源材料等。共发表SCI收录论文130余篇，以第一或通讯作者在Nat. Commun.、Sci. Adv.、ACS Nano、Nano Lett.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Energy Mater.等IF>10学术期刊上发表30余篇论文，SCI引用近1万次，入选ESI高被引论文12 篇，H因子51，获授权发明专利36项，合作编写英文章节2章。楼雄文，新加坡南洋理工大学化学与生物医学工程学院教授。2014-2021连续八年入选科睿唯安（2014-2016年为汤姆森路透）全球高被引科学家。主要研究方向是设计合成纳米结构材料用于能源与环境相关的领域。楼雄文教授专注于新能源材料与器件研究并取得了卓越的研究成果，于2017年获得英国皇家化学会旗下期刊Energy & Environmental Science所颁发的Readers’ Choice Lectureship Award，2017年入选英国皇家化学会会士Fellow of Royal Society of Chemistry (FRSC)、2013年获得世界文化理事会特别荣誉奖World Cultural Council (WCC) special recognition award、同年获得十五届亚洲化学大会—亚洲新星、2012年获得新加坡国家科学院—青年科学家奖等。2015年入选新加坡国家基金研究会评审员Singapore National Research Foundation (NRF) Investigatorship。楼雄文教授现为Science Advances副主编、Journal of Materials Chemistry A副主编、Small Methods编委。楼雄文教授在包括如Science、Nature Energy、Science Advances、Angewandte Chemie–International Edition、Advanced Materials、Journal of the American Chemical Society、Nature Communications、Chem、Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Energy Materials等国际顶级期刊发表论文360余篇，累计引用次数超过105000余次，H指数高达191。

原文链接
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn1818

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