保护层对机电解液体系（LiOTf）的稳定性

知识扩展： 四乙二醇二甲醚

为了解决 在 电池充放电过程中,金属锂不可控的枝晶生长和严重的腐蚀问题,制备了一种具有高比表面积、丰富孔道结构的金属有机框架材料(MOF-801),并将其设计成金属锂负极的保护层应用在锂氧气电池中。

合成了具有高达762.9 m2·g-1比表面积,边长约为800 nm的立方体状纯净MOF-801材料，并且这种材料表现出对于有机电解液体系(四乙二醇二甲醚1 mol·L-1 三氟甲基磺酸锂)和强还原性的金属锂都具有很好的稳定性。得益于该材料丰富的孔道结构以及高比表面积,锂离子得以更均匀地分布在电极表面促进金属锂均匀沉积,有效避免了由于枝晶刺破隔膜而导致的短路甚至火灾事故。此外,MOF-801保护层本身的阻隔作用和材料捕捉水的特性可以帮助减少污染物质(水、氧气、强氧化性物质等)的穿梭效应带来的副反应,缓解锂氧气电池中金属锂负极的腐蚀情况。

因此,将经过保护的金属锂组装成的对称电池进行测试,循环寿命长达800 h,同时充/放电过电势仅为0.023 V(未经保护的电池寿命仅为254 h,最终充/放电过电势高达5 V),且循环阻抗大大降低,证明了这种策略有效地稳定了金属锂/电解液界面。将经过MOF材料保护的电极实际应用在锂氧气电池中,在限容量1000 mAh·g-1,限电流500 mA·g-1条件下,可以实现长达170圈的稳定长寿命的循环(是未经保护的电池寿命的2.88倍)。使用MOF-801保护层的锂氧气电池还表现出了高达8935 mAh·g-1的高比容量。