余学斌/夏广林AFM：同时调节电解质溶剂化化学和固体电解质界面实现稳定的锂金属负极

具有高理论比容量（3860 mA h g⁻¹）和低电化学电位（相对于标准氢电极为-3.04 V）的金属锂已被广泛认为是锂基二次电池的 “圣杯 “负极。然而，金属锂负极的实际应用由于其短寿命和安全风险而受到很大的阻碍。

在此，复旦大学余学斌教授、夏广林研究员团队开发了用无环聚氨基硼烷（PAB，(NH₂-BH₂)n ）和聚亚氨基硼烷（PIB，(NH═BH)n ）修饰的聚丙烯（PP）隔膜，以调节电解质溶剂化化学，同时促进稳固的SEI构建。PAB和PIB的中介作用促进了(O)₂-Li+-N的有利形成，以削弱电解质中Li离子和溶剂之间的Li键，从而使Li离子扩散均匀化，减少Li离子的去溶剂化障碍。

此外，溶剂化鞘中阴离子含量的增加以及金属锂与PAB和PIB之间的反应可以诱导形成富含LiF和Li₃N的[LiNBH]n ^–增强型SEI，该SEI具有锂离子导电性和机械强度，可以容忍金属锂阳极的体积变化。因此，该对称电池表现出超过4000小时的循环寿命。

图1. BN@PP隔膜的制备及结构表征

总之，该工作提供了一个简单的策略，用BN基层对商用PP隔膜进行改性，以稳定锂金属负极。(NH₂-BH₂)n 和 (NH=BH)n 在PP隔膜的BN基层中的成分通过削弱锂离子和溶剂之间的锂键来调节和促进锂离子在电解液中的扩散，从而有效地抑制了锂枝晶的生长。更重要的是，Li离子溶剂化鞘中阴离子含量的增加以及Li与（NH₂-BH₂）n 和（NH=BH)n 物质之间的反应，能够诱导出[LiNBH]n ^–增强的SEI，其中Li₃N和LiF的含量较高，能够促进Li+在由此形成的SEI层内的扩散动力学。

此外，[LiNBH]n 的形成不仅可以增加SEI的韧性，以容忍Li剥离/电镀过程中的体积变化，而且由于高极性的Li-N和B-N键的均匀存在，还可以引导Li的均匀沉积。因此，在1 mA cm⁻² ，容量为1 mAh cm⁻²，使用BN@PP作为隔膜的对称锂电池的循环寿命可以延长到4000小时以上。当与商业LFP（LiFePO₄ : 12 mg cm⁻²）结合作为正极时，组装的全电池在1C下实现了超过500次循环的有利循环稳定性。更有趣的是，BN@PP隔膜可以普遍应用于稳定Na和K金属负极。这项工作可以为设计和建造先进的隔膜提供灵感的火花，它不仅可以调节电解液中的离子扩散，还可以促进稳定的SEI的建造，以稳定碱金属负极。

图2. 带有裸PP和BN@PP隔膜的Li/LFP全电池的电化学性能

Stable LiMetal Anode Enabled by Simultaneous Regulation of Electrolyte Solvation Chemistry and The Solid Electrolyte Interphase,Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202301976

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余学斌/夏广林AFM：同时调节电解质溶剂化化学和固体电解质界面实现稳定的锂金属负极

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