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盡管鋰金屬負極（LMA）具有超高的理論比容量和極低的電化學氧化電位，但固體電解質間相（SEI）的不均勻性、”死”鋰的形成以及電解液的持續消耗仍然阻礙了LMA的實際應用。

太平洋西北國家實驗室許武、張繼光等受聚環氧乙烷（PEO）化學/結構優勢特點的吸引，提出了一個雙層（DL）涂層的LMA保護概念。

圖1. DL涂層的作用

研究顯示，DL由提供均勻離子傳輸的PEO基底層（BL）和保持DL機械完整性的交聯頂層（TL）組成，它們減少了鋰金屬與液態電解液之間的副反應。因此，DL@Li允許形成一個穩定的SEI層，以防止電解液的滲透，其主要由LiF和Li₂O組成。此外，DL@Li在沉積后表現出更光滑的表面，比裸Li顆粒更大。結果，在DL的物理化學特征的驅動下，DL@Li||NMC622電池顯示出卓越的循環性，在電流密度為2.1 mA cm^-2（C/2倍率）的情況下，經過220次循環后容量保持率為92.4%，LMA的表面保持光滑，NMC622的正極結構也保存良好。

圖2. DL@Li的電化學穩定性和鋰的沉積行為

此外，值得注意的是，由于均勻的離子通量和減少的副反應，DL@Li||NMC622電池在6.9 mA cm^-2（1.5C倍率）的高電流密度下充電后達到了126.0 mAh g^-1的較高放電容量。據悉，在高面積容量負載的Li||NMC622電池中還沒有報道過如此出色的電化學性能。作者相信，這種定制的DL保護可以有效地解決高倍率和高能量密度鋰金屬電池的艱巨挑戰。

圖3. Li||LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂電池的電化學循環性

High Current-Density-Charging Lithium Metal Batteries Enabled by Double-Layer Protected Lithium Metal Anode. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202207172

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許武/張繼光AFM：雙層鋰負極保護策略實現高倍率鋰金屬電池

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