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周光敏/丘陵Nano Lett.: 超薄氮化硼膜誘導穩定SEI用于安全的鋰金屬電池

鋰離子電池 (LIB) 仍然面臨安全問題，主要是由于負極上的枝晶生長導致燃燒和爆炸，形成穩定的固體電解質界面 (SEI) 層是抑制這種情況的有效方法。

在此，清華大學深圳國際研究生院周光敏副教授、丘陵副教授等人使用了一種簡單的方法，即將大規模制備的超薄六方氮化硼 (h-BN)/聚酰亞胺 (PI) 層涂覆在商用聚丙烯 (PP) 隔膜上以實現低成本誘導穩定的SEI形成。

通過DFT計算、電化學分析和光譜學分析，作者推斷出PP隔膜上h-BN涂層誘導無機SEI形成的機制。由于h-BN涂層的存在，隔膜上的吸附減少，游離的F、O和N原子能夠形成更多的無機SEI化合物，如LiF、Li₂O和Li₃N。基于這種理解，使用h-BN 納米片(BNNS) 涂層隔膜可以大大提高電化學性能。

圖1. PP-BN隔膜的制備和內在特性

此外，h-BN涂層明顯改善了PP的潤濕性、熱穩定性和導熱性。通過Li對稱電池測試，證實了PP-BN的阻止鋰枝晶生長的能力，且鋰成核勢壘較低。

使用PP-BN隔膜的LiFePO₄//Li半電池100次循環的庫侖效率始終保持在100%左右，放電容量幾乎沒有衰減，LiFePO₄//石墨全電池的初始放電容量為170 mAh g^-1，600 次循環后為96 mAh g^-1，遠高于使用PP隔膜的半/全電池。

圖2. 由PP-BN隔膜引起的穩定SEI形成

Stabilized Solid Electrolyte Interphase Induced by Ultrathin Boron Nitride Membranes for Safe Lithium Metal Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03106

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