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?陳人杰/趙騰Nano Letters：有序聚合物基體結(jié)合LiF納米顆粒作為優(yōu)異的SEI層

鋰枝晶的不可控生長(zhǎng)和鋰/電解液界面的不穩(wěn)定性阻礙了下一代可充鋰金屬電池的發(fā)展。無(wú)機(jī)納米顆粒和聚合物的組合作為人工SEI層在調(diào)節(jié)鋰離子通量方面顯示出巨大的潛力。

北京理工大學(xué)陳人杰、趙騰等將空間受限的LiF納米顆粒設(shè)計(jì)在有序的聚合物基體中作為人工SEI層。

圖1. 材料制備及表征

LiF納米顆粒通過(guò)靜電作用被限制在PVDF-HFP的分層通道中，避免了LiF納米顆粒的不均勻團(tuán)聚。LiF@多孔PVDF-HFP薄膜（LiF@PPF）可以成功地抑制電解液和鋰金屬負(fù)極之間的副反應(yīng)。

此外，高介電性的PVDF-HFP使鋰金屬表面附近的電場(chǎng)均勻化，而球磨LiF納米顆粒的排列縮短了通過(guò)人工SEI的離子傳輸路徑。無(wú)機(jī)和有機(jī)材料的結(jié)合提供了足夠的韌性和強(qiáng)度，有利于對(duì)鋰枝晶進(jìn)行物理抑制。

圖2. 半電池性能

因此，當(dāng)在碳酸酯電解液中以1 mA/cm²的電流密度工作時(shí)，鋰/鋰對(duì)稱(chēng)電池可以循環(huán)900小時(shí)以上。當(dāng)與磷酸鐵鋰正極配對(duì)時(shí)，即使在9.5 μL mAh^-1的貧電解液條件下，配備該負(fù)極的全電池也顯示出更長(zhǎng)的循環(huán)穩(wěn)定性和出色的倍率性能。總體而言，這項(xiàng)工作為鋰金屬負(fù)極保護(hù)膜的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的策略，并在鋰金屬負(fù)極的實(shí)際利用中具有很大的前景。

圖3. 全電池性能

Spatially Confined LiF Nanoparticles in an Aligned Polymer Matrix as the Artificial SEI Layer for Lithium Metal Anodes. Nano Letters 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04242

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