可充電鋰離子電池廣泛應用于電動汽車和3C設備。然而，目前的鋰離子電池接近能量密度上限，尤其是石墨電極接近372 mA h g–1的理論比容量。因此開發更大容量的新電池系統至關重要。鋰金屬被認為是下一代鋰基電池最有前途的選擇，因為它具有較高的理論重量/體積容量和低標準電化學氧化還原電位。鋰金屬電池作為具有高理論能量密度的下一代可充電電池具有廣闊的應用前景。不幸的是，鋰金屬正極會受到電解液的嚴重腐蝕，以及在循環過程中從負極流出的副產品，如鋰氧電池中的氧氣。

來自中國科學技術大學的學者通過Li金屬和二氯二甲基硅烷（DCDMS）之間的Wurtz型反應制備了耐氧和自消除鈍化層。這種鈍化層保證了鋰金屬與O2的高度穩定性，并通過消除生產期中不可預測的鋰支晶來抑制樹突生長。此外，該鈍化層由LiCl和聚（二甲基硅）相構成，它們提供良好的Li+傳輸，能夠自動消除不良副產物。具有該保護層的對稱電池可在氧氣環境下500小時內實現穩定的鋰電鍍/剝離。因此，鋰氧電池可以保持200次以上的穩定循環，Li| | NCM811電池具有優異的循環性能（0.5 C下300次循環）和速率容量（在5C情況下為130.3 mAh g?1）。這項工作為電極保護的發展提供了材料和方法上的突破，促進了硅烷及其衍生物在堿金屬電池中的實際應用。相關文章以“An Oxygen-Resistant and Self-Eliminating Passivated Layer for Highly Stable Lithium Metal Batteries”標題發表在Advanced Functional Materials。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202112645

圖1. SC/Li電極的結構和形態表征結果。a） 二氯丙烷和二氯硅烷在鋰金屬表面上的化學反應途徑和方案。b） 12小時反應后SC/Li的SEM圖像和c）元素映射分析。d）Cl和e）Si的高分辨率XPS光譜。f）SC/Li、g）CC/Li和h）電解液中隨時間流動的O2中的裸鋰的照片。

圖2. SC/Li、CC/Li和裸鋰金屬電極的電化學分析。a）Li | | Li對稱電池、b）CC/Li | CC/Li對稱電池和c）SC/Li| SC/Li對稱電池的循環相關電化學阻抗譜（EIS）。d）不同循環次數下SC/Li、CC/Li和裸鋰電阻的相應變化。e） Li | | Li、CC/Li || CC/Li和SC/Li | | SC/Li對稱電池的塔菲爾圖，掃描速度為1 mV s–1。f） Li | | Li、CC/Li || CC/Li和SC/Li | | SC/Li對稱電池的循環伏安圖（CV），掃描速度為1 mV s–1。

圖3. 氧氣氣氛下不同電極的形貌表征。a–d）在氧氣環境下，用原位光學顯微鏡以不同間隔拍攝SC/Li電極的照片。f–i）在氧氣氣氛下用原位光學顯微鏡在不同間隔拍攝的裸鋰電極照片。鋰在不同電極上沉積的方案：SC/Li（e）和裸鋰金屬（f）。

圖4. 鋰氧電池在不同電極上的電化學性能。a）裸露鋰正極和d）SC/Li正極的鋰氧電池在1000 mA h g–1的切斷容量和500 mA g–1的電流密度下的全放電/充電曲線。采用b）SC/Li和裸e）Li正極的Li-O2電池的相應容量和庫侖效率（CE）。不同循環后裸露的c）Li和f）SC/Li正極的X射線衍射（XRD）圖。g）循環后SC/Li電極表面的SEM圖像。h）（g）圖中橙色矩形內SC/Li電極表面的對應元素分析。i） 循環后硅的XPS光譜。

圖5. a） 具有不同電極的Li || NCM811電池在0.5 C下的電化學性能。具有不同循環次數的b）SC/Li和c）裸鋰正極的電池的放電/充電曲線。d） SC/Li | |NCM811和裸Li | | NCM811電池的額定容量。不同循環次數的SC/Li電極的形態：e）第10次，f）第50次，g）第100次。不同循環次數的裸鋰金屬電極的形態：h）第10次，i）第50次，j）第100次。

本文展示了一種簡單的方法，通過DCDM和鋰金屬之間的Wurtz型反應，為鋰金屬電池構建穩定的自消除鈍化層。與CC/Li和裸Li電極相比，該鈍化層保證了SC/Li電極對O2的極端穩定性。同時，這種自消除鈍化層可以通過Wurtz反應消除初始生產時期的不可預測的新鮮鋰樹突，從而抑制樹突生長。此外，由于自消除鈍化層的高離子導電性和與鋰金屬的緊密界面接觸，這種SC/Li電極表現出快速的電荷轉移、穩定的機械性能和穩定的電化學循環。因此，采用這種鈍化鋰正極的鋰氧電池和鋰| | NCM811電池都具有高庫侖效率和長循環穩定性。這項工作為電極保護的發展提供了材料和方法上的突破，從而促進了硅烷及其衍生物在堿金屬電池中的實際應用，而不僅僅是鋰金屬電池。