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作者：高文霞;方诗豪;毛鑫;刘畅;喻学锋;彭超;
单位：中国科学院深圳先进技术研究院;中国科学院大学;湖北兴发化工集团股份有限公司;湖北三峡实验室;
摘要：基于分子自组装方法在金属锂负极界面构筑功能性人工界面层，可以定向调控固体电解质界面(SEI)性能，进而优化金属锂负极的稳定性和安全性。本工作结合密度泛函理论和从头算分子动力学模拟方法，系统研究了头部不同含氟量的自组装分子与金属锂表面相互作用和结构演化，并重点探讨了分子头部氟端基结构对界面有机–无机复合人工界面层性能的调控作用。研究发现，随着自组装分子覆盖度的增加，分子头部端基F与金属锂发生氟化反应并形成LiF，降低了体系形成能，使得高覆盖度下界面有机–无机复合人工界面层的稳定性和致密性得到提升。态密度等电子结构分析表明，氟化物的引入改善了金属锂的局域电子结构，促进了锂离子在界面上的嵌入和扩散，并限制了电子向有机分子层的传输。从头算分子动力学模拟揭示，头部含三氟的分子相比于含一氟的分子，动态演化形成的人工界面层更厚、更均匀、氟配位数更高、锂扩散系数更大，表现出更优的稳定性。静电势分析表明，三氟分子形成的人工界面层具有更低的电势，热力学上更有利于锂离子输运。因此，通过自组装分子头部含氟量的调控能有效促进金属锂负极界面SEI层的稳定性和优化锂离子输运性能，这为设计锂负极界面高性能人工界面层提供了很好的理论依据。
关键词：金属锂负极;分子自组装;人工界面层;氟化锂;密度泛函理论
基金资助：国家自然科学基金(52203303); 中国科学院未来伙伴关系网络专项(321GJHZ2023189FN); 深圳市国际合作研究项目(GJHZ20220913142812025)
