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浙工大陶新永Nano Letters：穩(wěn)定鋰金屬電池的基于大豆蛋白纖維的人工SEI

由不可控的鋰沉積引起的鋰（Li）枝晶的擴散嚴重限制了鋰金屬電池（LMB）的實際應(yīng)用，因此，調(diào)節(jié)均勻的鋰沉積是促進穩(wěn)定鋰金屬負極的先決條件。

在此，浙江工業(yè)大學陶新永教授等人在從大豆中提取的大量可再生植物蛋白的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種多功能人造SEI，采用商業(yè)化生產(chǎn)的大豆蛋白纖維（SPF）親鋰骨架來穩(wěn)定鋰金屬負極。所采用的SPF具有交聯(lián)的多孔纖維結(jié)構(gòu)，其中豐富的極性基團有望有效降低電極之間的濃差極化。接觸角測試和有限元模擬表明，這種親鋰多孔SPF與電解液的親和力更好，且可以明顯地緩解電極間的離子濃度梯度并幫助鋰沿纖維結(jié)構(gòu)沉積。

此外，與直接參與SEI形成的動物蛋白不同，作者證明了引入的SPF促進了循環(huán)后富含LiF納米晶的SEI納米結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致了低的界面阻抗和快速的電荷轉(zhuǎn)移動力學。

圖1. SPF的表征及其對鋰離子濃度的影響

因此，在Li-Cu電池測試中，SPF保護的鋰金屬負極在550次循環(huán)后保持穩(wěn)定循環(huán)，平均CE為 98.7%。在3 mA cm^-2的電流密度和1 mAh cm^-2的容量下，基于SPF/Li的對稱電池循環(huán)壽命超過3400 h（~8500次）且具有66 mV 的低電壓滯后。

此外，在低N/P比和高負載量的條件下，經(jīng)SPF改性的實用型Li/LFP軟包全電池在0.2 C 時可提供76 mAh的容量，100 次循環(huán)后仍具有80% 的容量（裸Li@Cu軟包電池的容量持續(xù)下降，100次循環(huán)后僅保持34%的容量）。這項研究利用植物蛋白纖維作為人工界面層誘導(dǎo)鋰沉積和調(diào)節(jié)SEI納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計為LMBs的商業(yè)化提供了可能性。

圖2. Li/LFP全電池的電化學性能

Soybean Protein Fiber Enabled Controllable Li Deposition and a LiF-Nanocrystal-Enriched Interface for Stable Li Metal Batteries, Nano Letters 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04775

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