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?武大Nano Letters：分子級陰離子和鋰離子的兩性聚合物隔膜用于高倍率鋰金屬電池

調節鋰金屬表面的離子傳輸已被證實是一種可快速延長鋰金屬電池循環壽命的有效策略，其中離子調節位點的分布起著重要作用。

在此，武漢大學彭創，寧波諾丁漢大學Do Hainam等人報道了超支化聚酰胺(HBPA)接枝聚乙烯(PE)復合隔膜(HBPA-g-PE)。鋰金屬負極表面均勻分布的正-NH₂基團和負- CHNO-基團有效地限制了陰離子的遷移，促進了Li⁺的遷移。將該復合隔膜組裝的鋰對稱電池在20 mA cm^-2的超高電流密度和5 mAh cm^-2的面容量下，具有穩定的循環性能，低壓遲滯為130 mV，超過1500 h(3000次循環)。

此外，HBPA-g-PE隔膜使鋰-硫電池在高硫負載量(4 mg cm^-2)和低電解質含量/硫負載量比(8 μL mg^-1)的情況下，初始容量和保留容量分別為700和455 mAh g^-1，可實現超過200次的穩定性能。

圖1. 不同功能隔膜的鋰枝晶生長示意圖

總之，該工作制備了一種高效的HBPA-g-PE復合隔膜用于穩定的鋰金屬負極。該隔膜具有兩性特性：即-NH₂基團固定鋰金屬表面的陰離子，阻止鋰枝晶成核；-CONH-基團促進Li⁺的運輸，降低電池極化實現電池高倍率穩定循環。該隔膜得益于HBPA獨特的超支化結構和簡便的化學接枝方法，在分子水平上產生密集且分布均勻的離子調節位點。該隔膜允許鋰金屬負極在20 mA cm ^-2的超高電流密度和5mAh cm ^-2的高容量下穩定循環超過1500小時。同時，該隔膜在高硫負荷和貧電解質條件下具有穩定的循環性能，表明該隔膜具有較高的TRL。因此，該工作為穩定的Li金屬負極提供了簡單有效的策略。

圖2. 電池性能

Molecular-Level Anion and Li+ Co-Regulation by Amphoteric Polymer Separator for High-Rate Stable Lithium Metal Anode, Nano Letters 2023 DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04333

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