锂金属具有最低的还原电位（−3.04 V vs. SHE）和超高的理论比容量（3860 mAh g⁻¹），被认为是下一代可充电电池的最终负极选择。然而，由于锂金属负极表面的不可控枝晶生长，锂金属电池的循环寿命短，安全性差，阻碍了其大规模的商业化应用。大量研究表明，具有均匀化学成分和物理结构的固态电解质界面膜（SEI）有望解决这些问题。

近日，东华大学材料科学与工程学院刘天西教授、王丽娜副教授等人提出了在锂金属表面利用简单的浸泡方法人工构筑富溴化锂（LiBr）SEI的策略。密度泛函理论计算证实了LiBr晶面（111）具有高的吸附能（−1.82 eV）和低的Li⁺扩散势垒（0.015 eV），促进了Li⁺的迁移。电化学性能测试表明富含LiBr的SEI具有快速的Li+转移动力学，能有效抑制锂枝晶的生长。锂沉积/剥离的原位形态观察为循环过程中LiBr@Li电极的无枝晶表面提供了直接证据。当与商业正极配对使用时，良好的循环保持率和倍率性能进一步证明了人工构筑富LiBr SEI策略的可行性。

图1 富LiBr人工SEI的制备过程和成分表征。XRD，FTIR，XPS表征表明LiBr为人工SEI的主要化学成分

图2 人工SEI的形貌和厚度表征。从图2中可以看出：LiBr@Li电极具有均匀且密集排列的晶体颗粒表面。电极的截面SEM结合EDS分析证实了人工SEI厚度约为2 µm

图3 LiBr@Li||LiBr@Li电池的电化学性能。对称电池测试显示，含有LiBr保护层的电极在0.5 mA cm⁻²的电流密度下可稳定循环2400 h，过电位为13 mV。表明富含LiBr的SEI具有快速的Li⁺转移动力学，能有效抑制锂枝晶的生长

图4 低温性能测试。从图4中可以看出：LiBr@Li||LiBr@Li电池在15°C至−30°C范围内表现出更稳定的电压分布和更低的过电位

图5 锂沉积/剥离的原位形态观察，锂沉积后的SEM表征以及循环前后的SEI成分变化。从图5中可以看出：溴化处理后的锂电极具有明显的锂枝晶抑制能力；LiBr在电池循环前后都是SEI的主要组成成分

图6 LiBr各晶面的吸附能及扩散势垒的计算。LiBr（111）/（110）晶面具有较低的吸附能，有利于Li⁺的吸附，且Li⁺在（111）/（100）晶面上的扩散势垒很低，有利于Li⁺在SEI中的快速迁移

图7 LiBr@Li||LFP电池的电化学性能

使用原位锂离子显微成像池（LIB-MS-I）和光学显微镜相机（Belona，200X-800X）搭配，用于原位观察锂的电镀/剥离行为。

综上所述，本文通过一种易发生的化学反应在锂金属表面构筑了一层富含LiBr的SEI膜。受益于LiBr晶面（111）为Li⁺提供了较高的吸附能和较低的扩散势垒，实现了Li⁺在SEI中的快速迁移。因此，无论使用醚类或酯类电解质，都能实现稳定的高循环效率。本工作为调控锂沉积/剥离行为提供了一种有效的策略，有望解决高能锂金属电池的安全问题。

原文链接：

Xiao Yao, Jin Wang, Shiru Lin, Chengzhou Tao, Xuezhi Zhang, Wei Wang, Chengcheng Zhao, Lina Wang,* Junwei Lucas Bao,* Yonggang Wang,* and Tianxi Liu, Surface Bromination of Lithium-Metal Anode for High Cyclic Efficiency, Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202203233