鋰金屬負(fù)極因高理論容量與低電化學(xué)電勢(shì)，是高能量密度電池的理想負(fù)極材料，但其極高化學(xué)活性易與電解液發(fā)生劇烈副反應(yīng)，生成的天然固體電解質(zhì)界面（SEI）膜疏松不均、機(jī)械強(qiáng)度差，循環(huán)中隨鋰沉積剝離的體積脹縮反復(fù)破裂，引發(fā)電解液持續(xù)消耗、界面阻抗激增，更會(huì)誘導(dǎo)鋰枝晶無(wú)序生長(zhǎng)，導(dǎo)致電池短路、熱失控等安全風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重制約鋰金屬電池實(shí)用化。8-羥基喹啉（8-HQ）作為多功能電解液添加劑，可通過(guò)優(yōu)先還原、螯合配位、原位聚合等多重機(jī)制，在鋰金屬負(fù)極表面構(gòu)建一層薄而致密、機(jī)械強(qiáng)度高、離子導(dǎo)電性優(yōu)的復(fù)合界面保護(hù)膜，從根源上解決鋰負(fù)極界面不穩(wěn)定與枝晶生長(zhǎng)難題。

8-羥基喹啉的分子結(jié)構(gòu)賦予其獨(dú)特的成膜基礎(chǔ)，分子中含有的氮雜環(huán)與酚羥基，兼具強(qiáng)配位能力與電化學(xué)活性，為界面膜的形成提供結(jié)構(gòu)前提。在電解液體系中，8-HQ分子通過(guò)氮原子與羥基的孤對(duì)電子，與鋰金屬表面的活性位點(diǎn)發(fā)生化學(xué)吸附，同時(shí)借助分子間作用力實(shí)現(xiàn)物理吸附，優(yōu)先于電解液溶劑與鋰鹽在負(fù)極表面富集，形成均勻吸附層。這種選擇性吸附可調(diào)控鋰離子溶劑化結(jié)構(gòu)，削弱溶劑分子與鋰負(fù)極的直接接觸，為后續(xù)原位成膜奠定均勻形核基礎(chǔ)，避免局部反應(yīng)過(guò)快導(dǎo)致的膜層缺陷。

電化學(xué)還原過(guò)程中，8-羥基喹啉優(yōu)先在鋰負(fù)極表面發(fā)生還原分解，是形成致密保護(hù)膜的核心步驟。其還原產(chǎn)物與電解液中鋰鹽、溶劑的分解產(chǎn)物協(xié)同反應(yīng)，構(gòu)建有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合SEI膜，膜厚通常控制在10-20納米，結(jié)構(gòu)致密無(wú)孔洞。無(wú)機(jī)相主要包括Li₃N、Li₂O、LiF等高離子電導(dǎo)率組分，可快速傳導(dǎo)鋰離子、降低界面阻抗；有機(jī)相為喹啉基聚合物，由8-HQ分子聚合交聯(lián)形成，具有良好柔韌性與粘結(jié)性，能貼合鋰負(fù)極表面，緩沖循環(huán)中的體積波動(dòng)。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)兼具無(wú)機(jī)相的高離子導(dǎo)電性與有機(jī)相的機(jī)械穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)SEI膜“導(dǎo)電與穩(wěn)定難以兼顧”的痛點(diǎn)。

螯合配位作用進(jìn)一步強(qiáng)化界面膜的致密性與穩(wěn)定性，阻斷有害副反應(yīng)循環(huán)。8-羥基喹啉是典型的螯合劑，分子中氮原子與羥基可與電解液中金屬離子形成穩(wěn)定螯合物。一方面，它能螯合正極溶出的鈷、鎳、錳等過(guò)渡金屬離子，生成不溶性配合物沉積于界面膜中，避免金屬離子遷移至負(fù)極表面還原沉積，破壞膜層完整性、誘發(fā)枝晶生長(zhǎng)；另一方面，可與電解液中微量水分、HF反應(yīng)，形成穩(wěn)定復(fù)合物，抑制HF對(duì)鋰負(fù)極的腐蝕，減少LiF等絕緣副產(chǎn)物的無(wú)序堆積，保證界面膜離子通道暢通。

致密界面保護(hù)膜對(duì)鋰負(fù)極的保護(hù)作用體現(xiàn)在多重性能優(yōu)化，全面提升電池循環(huán)穩(wěn)定性與安全性。其一，物理阻隔效應(yīng)，膜層均勻致密，可完全隔絕電解液與鋰金屬的直接接觸，阻斷副反應(yīng)發(fā)生，減少電解液消耗與鋰負(fù)極腐蝕，降低界面阻抗增長(zhǎng)速率。其二，誘導(dǎo)鋰均勻沉積，保護(hù)膜表面親鋰性強(qiáng)，可降低鋰離子沉積過(guò)電勢(shì)，使鋰離子均勻成核生長(zhǎng)，避免局部電流密度過(guò)高引發(fā)的枝晶生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶鋰沉積。其三，機(jī)械穩(wěn)定性能優(yōu)異，復(fù)合膜層柔韌性好、機(jī)械強(qiáng)度高，可耐受鋰沉積剝離過(guò)程中的體積脹縮，不易破裂脫落，維持界面完整性，延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命。其四，離子導(dǎo)電性優(yōu)良，無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)為鋰離子提供快速傳導(dǎo)通道，界面阻抗低，不影響電池充放電動(dòng)力學(xué)性能。

實(shí)際應(yīng)用中，8-羥基喹啉的添加量需精準(zhǔn)控制，通常在0.1wt%-1wt%范圍內(nèi)，添加量過(guò)低則成膜不完整、保護(hù)效果不足，過(guò)高則易導(dǎo)致界面膜過(guò)厚、阻抗增大，影響電池性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在常規(guī)碳酸酯電解液中添加0.5wt%的8-HQ，鋰金屬負(fù)極循環(huán)100次后，界面阻抗僅為未添加組的1/3，枝晶生長(zhǎng)完全被抑制，電池容量保持率提升至91%，遠(yuǎn)高于未添加組的82%。同時(shí)，該保護(hù)膜適配高壓電解液體系，可與LiTFSI等鋰鹽兼容，使鋁集流體耐受電壓提升至4.9V，拓寬電池電壓窗口與能量密度上限。

8-羥基喹啉憑借獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)與多重作用機(jī)制，可在鋰金屬負(fù)極表面原位構(gòu)建致密、穩(wěn)定、高離子導(dǎo)電性的有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合界面保護(hù)膜。該保護(hù)膜通過(guò)物理阻隔、誘導(dǎo)均勻沉積、螯合凈化電解液等功能，有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)、減少副反應(yīng)、降低界面阻抗、提升循環(huán)穩(wěn)定性與安全性，為鋰金屬負(fù)極界面穩(wěn)定化提供高效、可行的解決方案，推動(dòng)高能量密度鋰金屬電池的實(shí)用化進(jìn)程。

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