正文
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-CsF负极的STEM图。（b，c）TiO
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-CsF负极的STEM-eds图：（b）Cs元素。（c）F元素。（d）在TiO
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界面生成含有LiF的SEI的示意图，TiO
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-CsF负极在浸泡电解液前的XPS图，TiO
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-LiF负极在浸泡电解液后的XPS图。（e-g）TiO
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-CsF电极浸泡电解液后并清洗的TEM图。（h）
TiO
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-LiF/Cs
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负极的2D扫描电子显微镜图。
（i）TiO
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-LiF/Cs
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负极的2D扫描电子显微镜图。（i）TiO
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-LiF/Cs
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负极和TiO
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负极的3D扫描电子显微镜图
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图3
. 负极界面工程对电池性能的调控机制解耦合（TiO
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负极、TiO
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-LiF负极和TiO
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-LiF/Cs
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负极）。（a）界面钝化性能的长循环验证，电池在0.74 C的倍率下循环性能对比。（b）库伦效率的量化对比，电池的库伦效率对比。（c）三种不同类型的电池在容量衰减率和库伦效率的对比。
本研究构建了三类不同负极配置的水系锂离子电池体系以解耦CsF的界面调控机制：（1）原始TiO₂负极基准体系；（2）经化学置换反应后经去离子水去除Cs⁺制备的TiO₂-LiF负极体系；（3）保留Cs⁺的TiO₂-LiF/Cs⁺复合体系。电化学性能演化图谱（图3）揭示关键规律：含LiF/Cs⁺协同体系的电池在200次循环后容量保持率高达91.82%，较单纯LiF修饰体系（68.93%）和原始体系（18.69%）分别提升33%和392%，其平均库伦效率（97.77%）亦呈现梯度化提升特征。这些实验现象说明了Cs
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在电化学体系中存在着正向的作用。
3、解析Cs
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对界面钝化的促进作用
本研究通过多尺度分子动力学模拟构建界面模型，揭示Cs⁺在LiF纳米级孔隙中的动态调控机制。如图4a所示，模型精准复现实验观测的LiF岛状分布特征（间距1.5nm）。通过数密度图分析（图4b）显示，Cs⁺的引入使界面水分子第一层吸附层数密度略有降低，第二层（0.2nm）和第三层（0.33nm）吸附峰数密度明显降低，这与Cs⁺-H₂O弱结合能（35.55meV）的理论计算结果高度吻合。Cs⁺能够有效减少氢键的数量，第二个和第三个氢键的数密度峰会明显降低，氢键数量的减少能够有效抑制质子迁移引发的HER（图4c）。电势驱动下，Cs⁺在LiF孔隙内形成特异性吸附层，其0.36nm的特征吸附距离诱导TFSI⁻阴离子的空间重排——阴离子吸附峰向界面移动0.2nm（从0.6 nm移动至0.4 nm）。理论计算证实，距离界面更近能够使阴离子更易发生电子专业，由0.2 e
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提升至0.38 e
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图4
. 负极界面微观环境分子动力学模拟（MD）全景解析。（a）分子动力学模拟模型构建，精准复现电极/电解液双电层动态演化过程。（b）在-1 V时，界面水分子距离表面不同距离的数密度分布图。（c）在-1 V时，距离表面不同距离的氢键数密度图。（d）在-1 V时，距离表面不同距离的Cs+和TFSI-的数密度图，从而明确离子的特异性吸附动力学。（e）距离表面不同距离的TFSI-的自由能分布。子图表示从界面到吸附TFSI-的电荷转移，其质量中心距离负极界面为0.6 nm（上图）和0.4 nm（下图）。（f）界面相间层-界面双电层调控机制示意图，仅来自阴离子还原的界面保护效应示意图（上图）和来自CsF界面保护效应的示意图（下图）。
该研究提出界面双电层-界面相见层调控新机制：Cs⁺通过空间电荷层重构，在LiF孔隙内建立局部高阴离子浓度场，同时形成贫水界面环境。这种独特微环境能够使负极具备稳定的界面环境（图4f）。
