氟化锂在电池领域的用途

氟化锂是一种无机盐，可用于搪瓷、釉料、玻璃和陶瓷材料中；焊条涂料的助溶剂；加入铝电解槽增加熔体的导电性；生产特殊光学仪器。本文将简要介绍近年的一个研究，展示了氟化锂添加剂用于稳定锂金属电池的用途^[1]。

背景

锂金属负极具有最高的理论容量和最低的电化学电位，当与富镍层状氧化物正极匹配时，锂金属电池比能量可以高达350 Wh kg-1。然而，锂金属负极巨大的体积变化、枝晶生长和不稳定的固体电解质中间相（SEI）层，阻碍了锂金属电池的实际应用。为了制造高比能锂金属电池，必须使用超薄锂箔、高面容量正极和较少的电解质。在这种情况下，不稳定的SEI层会导致锂源耗尽，使锂金属电池性能快速衰减。

许多电解液添加剂能够有效改变SEI组成，从而实现均匀锂沉积。特别是，氟化溶剂还原可以有效地产生富含氟化锂的SEI，用于稳定锂金属负极。然而，氟化溶剂成本高、环境相容性差且不稳定。因此，需要一种实用的酯类电解质改性策略，来稳定高能锂金属负极。

研究进展

研究人员通过氟化铵和硝酸锂在二甘醇溶剂中直接反应，合成了分层多孔LiF纳米盒。由于氟化物和锂离子之间的强离子键合，获得了纯相氟化锂粉末。合成的LiF粉末为均匀的立方体状纳米盒，边长约为100-200 nm。可以在破碎的LiF纳米盒中观察到空心特征。

高分辨率TEM图像（HRTEM）显示，立方体框架结构由许多松散堆叠的小LiF纳米粒子组成。通过（200）和（111）晶面的晶格间距分析，揭示了氟化锂纳米颗粒的多晶特性。Brunauer-Emmett-Teller(BET)结果显示，氟化锂纳米盒中的孔包含中孔和大孔。此外，分层多孔LiF纳米盒显示出大的吸附体积，表明其BET表面积比商业氟化锂微粒大。

应用展望

此项研究报道了一种以多孔LiF纳米盒作为添加剂的电解质，以提高锂金属电池在实际条件下的循环稳定性。这种新型电解质可诱导高度氟化的SEI层的形成：

i)分级多孔氟化锂纳米盒在电解质中具有高分散性，不会在电解质中沉淀；

ii)LiF纳米盒的高孔隙率可以使Li+通量在电解质中均匀分布；

iii)高活性LiF纳米盒可以释放氟化物和锂离子，以促进氟化SEI层的形成。

通过在电解质中添加10.5 wt%的多孔氟化锂纳米盒，能够提高锂金属电池在实际条件下的循环稳定性。Li||NCM811软包电池在86次循环后可保持93%的容量。该工作为稳定高能量密度锂金属电池提供了一种很有前景的电解质改性策略。

参考文献

[1] Lithium Fluoride in Electrolyte for Stable and Safe Lithium-Metal Batteries. Advanced Materials, 2021, DOI: 10.1002/adma.202102134