AEM: 基于氟代碳酸乙烯酯添加剂电沉积行为构建富含氟化钾的固体电解质界面, 保护钾金属负极

文章总结

钾金属（K）电极作为钾金属电池中最具前景的负极材料之一，备受关注。然而，枝晶生长和不稳定的固体电解质界面（SEI）严重阻碍了钾金属负极的实际应用。因此，为了解决上述问题，提出了一种全新的方法：通过电沉积构建富含氟化钾（KF）的人工 SEI 层，这能够提高钾金属负极的稳定性和循环寿命。在电沉积过程中，新鲜的钾金属与电解液添加剂氟代碳酸乙烯酯（FEC）之间发生原位反应，从而形成均匀的富含 KF 的 SEI 层。这对保护电极和抑制枝晶生长起到了巨大作用。有了均匀且坚固的 SEI 层，钾金属对称电池在常规碳酸酯电解液（0.8 摩尔每升的六氟磷酸钾基电解液（碳酸乙烯酯：碳酸二乙酯 = 1:1，体积比））中能够稳定循环超过 1400 小时。此外，使用这种常规碳酸酯电解液的钾 || 普鲁士蓝（PPB）电池可以循环超过 200 次，平均库仑效率为 99.4%。这项研究揭示了钾金属负极上富含 KF 的人工 SEI 层的构建机制。

图文简介

a）使用氟代碳酸乙烯酯（FEC）溶液浸泡法为锂金属电极和钾金属电极构建富含氟化锂（LiF）和氟化钾（KF）的固体电解质界面（SEI）层的示意图。b-c）锂金属电极在 FEC 溶液中浸泡前后的对称循环对比测试，以及 d-e）钾金属电极在 FEC 溶液中浸泡前后的对称循环对比测试。f）使用电沉积法构建富含 KF 的 SEI 层的示意图。g）锂金属电极和 h）钾金属电极在 FEC 溶液中浸泡过程中的界面反应示意图。i）通过电沉积在钾金属电极上构建富含 KF 的 SEI 层的界面反应示意图。

a）经氟代碳酸乙烯酯（FEC）溶液浸泡后、b）70% FEC 电沉积后、c）50% FEC 电沉积后、d）30% FEC 电沉积后以及 e）0% FEC 电沉积后的钾金属电极的扫描电子显微镜（SEM）测试结果。f）经 FEC 溶液浸泡后、g）70% FEC 电沉积后、h）50% FEC 电沉积后、i）30% FEC 电沉积后以及 j）0% FEC 电沉积后的钾金属电极在 K2p、C1s 和 F1s 轨道的 X 射线光电子能谱（XPS）测试结果。

在 50% 氟代碳酸乙烯酯（FEC）电沉积后再进行蚀刻处理的钾金属电极，在蚀刻时间分别为 a）0 秒、b）90 秒、c）180 秒和 d）270 秒时，对其 K2p、C1s、O1s 和 F1s 轨道进行的 X 射线光电子能谱（XPS）测试。在 0% 氟代碳酸乙烯酯（FEC）电沉积后再进行蚀刻处理的钾金属电极，在蚀刻时间分别为 e）0 秒、f）90 秒、g）180 秒和 h）270 秒时，对其 K2p、C1s、O1s 和 F1s 轨道进行的 X 射线光电子能谱（XPS）测试。

a) 50% 氟代碳酸乙烯酯（FEC）中镀钾（K - Plated）对称电池和裸钾对称电池的长循环性能；b) 二者的平均电位；c) 二者的倍率性能。d) 50% FEC 中镀钾对称电池的电化学阻抗谱（EIS）测试；e) 该电池的分布电阻（DRT）测试。f) 在 2.5 至 4.5 V 电压范围内，普鲁士蓝（PPB）//50% FEC 中镀钾全电池和 PPB//K 全电池的倍率性能；g) 上述两种全电池的长循环性能。

论文信息

通讯作者： Jie Shu, Liyuan Zhang

小编有话说：本文仅作科研人员学术交流，不作任何商业活动。由于小编才疏学浅，不科学之处欢迎批评。如有其他问题请随时联系小编。欢迎关注，点赞，转发，欢迎互设白名单。投稿、荐稿：polyenergy@163.com