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Constructing a Phosphating–Nitriding Interface for Practically Used Lithium Metal Anode
ACS Materials Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2019-11-21 , DOI: 10.1021/acsmaterialslett.9b00416 Siyuan Li 1 , Qilei Liu 2 , Xinyang Wang 1 , Qian Wu 1 , Lei Fan 1 , Weidong Zhang 1 , Zeyu Shen 1 , Linyan Wang 3 , Min Ling 1 , Yingying Lu 1
ACS Materials Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2019-11-21 , DOI: 10.1021/acsmaterialslett.9b00416 Siyuan Li 1 , Qilei Liu 2 , Xinyang Wang 1 , Qian Wu 1 , Lei Fan 1 , Weidong Zhang 1 , Zeyu Shen 1 , Linyan Wang 3 , Min Ling 1 , Yingying Lu 1
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Low cycling reversibility and safety concerns are hindering the practical application of high-energy lithium metal batteries. Rational design of an artificial electrode/electrolyte interface is regarded as an effective way to circumvent the above problems. Herein, a phosphating–nitriding method is developed through the reaction between lithium metal and a PCl5–LiNO3 complex. An as-formed hybrid interface, consisting of Li3N, Li3PO4, and nanocrystalline LiCl, offers high ionic conductivity and strong mechanical stability for uniform lithium electrodeposition. The dendrite-free behavior is further investigated through ex situ and in situ techniques. Accordingly, the modified 50 μm Li anode exhibits a high-current-density durability of 10 mA cm–2 and a long-term cycling performance of greater than 300 h at a high Li-metal utilization of 30.6% under a conventional EC/DEC electrolyte. A full cell paired with a high-voltage cathode LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523) displays a 4-fold improvement in cell lifetime under a low negative to positive electrode capacity ratio (N/P ratio) of 3.92. This work paves a new way to construct an advanced artificial interface for next-generation high-capacity/high-voltage Li-metal-based batteries.
中文翻译：
构建实用锂金属阳极的磷化渗氮界面
低循环可逆性和安全性问题阻碍了高能锂金属电池的实际应用。人工电极/电解质界面的合理设计被认为是解决上述问题的有效方法。本文中，通过锂金属与PCl 5 -LiNO 3络合物之间的反应发展了磷化-氮化方法。形成的混合界面，由Li 3 N，Li 3 PO 4组成，以及纳米晶LiCl，具有高离子电导率和强大的机械稳定性，可实现均匀的锂电沉积。通过非原位和原位技术进一步研究无枝晶的行为。因此，在常规EC / DEC下，在锂金属利用率高达30.6％的情况下，改性的50μmLi阳极在10mA cm -2的高电流密度耐久性和300 h以上的长期循环性能下表现出较高的寿命。电解质。全电池与高压阴极LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2配对（NCM523）在低的负极对正极容量比（N / P比）为3.92的情况下，电池寿命提高了4倍。这项工作为构建用于下一代大容量/高电压锂金属电池的高级人工接口开辟了新途径。
更新日期：2019-11-22
中文翻译：
构建实用锂金属阳极的磷化渗氮界面
低循环可逆性和安全性问题阻碍了高能锂金属电池的实际应用。人工电极/电解质界面的合理设计被认为是解决上述问题的有效方法。本文中，通过锂金属与PCl 5 -LiNO 3络合物之间的反应发展了磷化-氮化方法。形成的混合界面，由Li 3 N，Li 3 PO 4组成，以及纳米晶LiCl，具有高离子电导率和强大的机械稳定性，可实现均匀的锂电沉积。通过非原位和原位技术进一步研究无枝晶的行为。因此，在常规EC / DEC下，在锂金属利用率高达30.6％的情况下，改性的50μmLi阳极在10mA cm -2的高电流密度耐久性和300 h以上的长期循环性能下表现出较高的寿命。电解质。全电池与高压阴极LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2配对（NCM523）在低的负极对正极容量比（N / P比）为3.92的情况下，电池寿命提高了4倍。这项工作为构建用于下一代大容量/高电压锂金属电池的高级人工接口开辟了新途径。
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