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吉大魏英進/王義展Nano Lett.：具有表面凹坑結構的剛柔保護膜助力無枝晶高性能鋰金屬負極

鋰金屬一直被視為可充電池的終極負極，但其差循環壽命和有害的安全問題嚴重阻礙了其實際應用。

吉林大學魏英進、王義展等人采用聚偏氟乙烯-六氟丙烯Al₂O₃+LiNO₃無機添加劑制備了一種具有表面凹坑形態的剛性/柔性復合保護膜（稱為“SPF”），作為鋰金屬負極的沉積主體和人工SEI。

一方面，SPF膜充當電解液阻擋層，以隔離鋰金屬與電解液溶劑的直接接觸。同時，表面凹坑也改善了電解液的滲透，從而可以快速穩定電解液/電極界面。由于獨特的表面凹坑結構，鋰不僅可以通過SPF薄膜沉積在基板上，還可以沉積在薄膜的表面凹坑中。

這兩種沉積機制帶來了大的沉積面積，從而允許SPF保護的鋰金屬(SPF@Li)在高電流密度下穩定循環。此外，無機添加劑提高了薄膜的機械模量，使其具有足夠的柔性和硬度，以抑制鋰枝晶的生長。

圖1 SPF薄膜的制備和表征

因此，SPF@Li電極可在10.0 mA cm^-2的高電流密度下工作超過1000小時。當它與LiFePO₄(LFP)配對時，電池可穩定循環500次以上，容量保持率為97.5%。

此外，當與硫正極匹配時Li-S電池也實現了同樣出色的循環穩定性。該工作為鋰金屬負極人工界面膜的設計提供了一種新的策略，對實用鋰金屬電池的發展具有廣闊的前景。

圖2 SPF@Li||LFP電池的電化學性能

A Rigid-Flexible Protecting Film with Surface Pits Structure for Dendrite-Free and High-Performance Lithium Metal Anode. Nano Letters ( IF 11.189 ) Pub Date : 2021-08-12 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02709

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