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無枝晶鋰離子電池（LIBs）通常需要通過在鋰負(fù)極上構(gòu)建人工SEI層來實現(xiàn)，并且不可避免地要在惡劣的運行條件下進(jìn)行，這給量產(chǎn)帶來障礙。這個問題可以通過設(shè)計具有鋰沉積可調(diào)性的多功能隔膜來解決。

香港城市大學(xué)支春義等設(shè)計了一種名為M-HAP@PVHF的雙功能隔膜，其具有出色的耐火性和有效的鋰枝晶可調(diào)性。

港城大支春義Nano Energy：用于安全鋰離子電池的雙功能隔膜

圖1. 雙功能隔膜制備示意圖

其中聚（偏二氟乙烯-共六氟丙烯）(PVHF)因其柔韌性和良好的機(jī)械強(qiáng)度而被選為聚合物骨架，羥基磷灰石(HAP)納米線網(wǎng)絡(luò)作為火焰-阻燃添加劑，以及具有高親鋰性的柔性二維Ti₃C₂T_x MXene薄片充當(dāng)鋰枝晶調(diào)節(jié)劑。

由于Ti₃C₂T_x MXene與F末端固有的鋰親和力，這里形成了富含LiF的致密且均勻SEI 層，從而加速鋰離子的剝離和沉積過程并促進(jìn)均勻的鋰沉積。此外，開發(fā)的隔膜顯示出優(yōu)異的安全性能，在相同的阻燃測試條件下，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的聚丙烯（PP）隔膜。

港城大支春義Nano Energy：用于安全鋰離子電池的雙功能隔膜

圖2. 隔膜的多性能表征

受益于上述優(yōu)勢，基于M-HAP@PVHF隔膜的對稱電池在2 mA cm^-1下可提供700小時的穩(wěn)定壽命，并具有15.8 mV的超低過電位。同時，這種M-HAP@PVHF 隔膜表現(xiàn)出良好的阻燃性，在防火測試中存活超過20秒，沒有任何明顯的體積收縮。

此外，Li/M-HAP@PVHF/LiCoO₂全電池可以保持穩(wěn)定的150次循環(huán)壽命，庫侖效率高于95%。這種雙功能隔膜的合理設(shè)計可以顯著提高構(gòu)建人工SEI層的實際可行性，并有助于降低電池爆炸的風(fēng)險，為開發(fā)高安全性鋰基電池提供了啟示。

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圖3. 全電池性能

Bifunctional Separators Design for Safe Lithium-Ion Batteries: Suppressed Lithium Dendrites and Fire Retardance. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107204

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