锂（Li）金属被认为是高能量密度电池的一种很有前途的候选负极，然而锂金属的高反应活性导致空气稳定性差，限制了其实际应用。此外，界面不稳定性，如枝晶生长和不稳定的固态电解质界面层，使其应用进一步复杂化。

  浙江工业大学的研究者通过Li和氟代碳酸亚乙酯之间的简单反应（LiF@Li)制备得到富含LiF的界面保护层，其由有机（含ROCO2Li和C−F的物质，仅存在于外层）和无机（LiF和Li2CO3，分布在整个层中）成分组成，厚度为120 nm。化学稳定的LiF和Li2CO3在阻挡空气方面发挥着及其重要的作用，来提升了LiF@Li负极的稳定性。具有高Li+扩散率的LiF促进了Li+的均匀沉积，而具有高柔性的有机组分缓解了循环时的体积变化，从而增强了LiF@Li性能，因此LiF@Li在半电池和LiFePO4全电池中都表现出显著的稳定性和优异的电化学性能。此外LiF@Li即使在空气中暴露30分钟后仍保持其初始颜色和形态，并且仍保持其优异的电化学性能。这项工作提出了一种简单的方法来构建空气稳定和无枝晶的锂金属负极，以实现可靠的锂金属电池。相关研究成果以“LiF-Rich Interfacial Protective Layer Enables Air-Stable Lithium Metal Anodes for Dendrite-Free Lithium Metal Batteries”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

  锂金属电池（LMB）被认为是有前途的高单位体积内的包含的能量电池，这归因于锂（Li）金属负极的超高理论容量（3860 mA h g−1）和最低电化学电势。然而，锂金属负极的实施受到许多挑战的阻碍，包括锂枝晶生长、“死锂”、不可控的体积变化和不稳定的固态电解质界面（SEI）。在与电解质接触时，Li金属自发反应，并在表面上产生SEI层，该SEI层在循环过程中不稳定且容易被破坏。随后，Li锂枝晶倾向于通过SEI的裂缝生长，导致电池短路，同时，SEI修复消耗了活性锂源和电解质，导致容量快速衰减和电池故障。此外，锂对环境空气中的水分和其他气体的反应性带来了另一个挑战，因为它会导致在锂表明产生多组分氧化物层，这使得LMB的组装过程需要无水无氧的环境，使其难以与商业电池当前制作的完整过程相匹配。鉴于这样一些问题，在Li表面制备人工保护层以抑制锂枝晶生长并提高空气耐受性是最可行的策略。

  目前人们已经做出了广泛的努力来实现具备优秀能力空气和界面稳定性的锂金属负极。在表面保护材料中，氟化锂（LiF）由于其化学稳定性而成为一种潜在的SEI成分，它可以有效的预防内部锂的空气腐蚀，从而增强锂金属的空气稳定性。同时，LiF对Li+具有低的扩散能和高的表面能，促进Li+的扩散，并促进了循环过程中的无枝晶形态。

  碳酸氟乙烯酯（FEC）作为一种电解质添加剂，由于其在电化学循环过程中能够形成稳定的富含LiF的SEI层，促进了Li+的均匀沉积，并提高了锂金属负极的界面稳定性，因此受到了广泛的关注。然而，锂金属较差的空气稳定性仍然是一个重大挑战，因为这些稳定的SEI层是在循环过程中原位形成的。

  作者选择FEC作为溶剂，通过简单的热溶剂法在Li表面构建致密的富LiF界面保护层（LiF@Li)。富LiF的界面保护层由有机（ROCO2Li和含C−F物质）和无机（LiF和Li2O3）成分组成，厚度约为120nm，无机组分分布在整个层中，而有机物仅存在于外表面上。由于较强的Li−F相互作用，FEC中较弱的C−F键非常容易断裂，导致LiF的形成，同时还形成了Li2CO3和有机物，FEC蒸发后有机物残留在外表面。表面化学稳定的LiF和Li2CO3保护了内部Li免受空气腐蚀，来提升了LiF@Li的稳定性，因此LiF@Li负极即使在空气暴露30分钟后仍保持其初始颜色和形态，同时表现出优异的电化学性能。此外，富含LiF的无机组分促进了Li+的均匀沉积并抑制了枝晶生长，而有机物赋予了优异的柔韧性并缓解了体积变化，从而保持了LiF@Li负极的稳定性。这些特性赋予LiF@Li与原始Li相比，具有更长寿命和更小过电势，具有LiF@Li负极的LFP全电池（200次循环后140.7 mA h g−1）与纯锂（200次周期后119.3 mA h g–1）相比，显示出更稳定的循环性能。这种简单的表面改性策略为在锂金属负极表面构建致密均匀的富LiF界面保护层提供了一种创新的方法，以改善空气稳定性并抑制锂枝晶生长。（文：李澍）