梁正/岳昕阳AFM：串联隔膜设计，助力高稳定/倍率锂金属电池

锂枝晶的生长严重阻碍了锂金属电池（LMBs）的应用。许多方法已经被提出来，通过根据Sand的时间方程对隔膜进行改性，以提高锂离子转移数（t_Li+）来限制锂枝晶的形成。然而，忽视阴离子运动对固体电解质界面（SEI）形成的积极贡献将导致无机成分不足，这阻碍了LMBs的实际应用。

图1 不同隔膜的作用示意

上海交通大学梁正、岳昕阳等构建了一个”串联”隔膜（ZSM-5-聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）/聚乙烯（PE）/SbF₃），它在锚定阴离子的同时构建了一种富含无机物的SEI。

研究显示，面向锂的SbF₃（SBF）涂层产生了富含Li-Sb合金（Li₃Sb）和LiF的SEI，Li₃Sb可以大大降低锂离子（Li⁺）的迁移能垒，促进Li⁺的传输。同时，另一侧的ZSM-5-PDDA（Z5P）涂层可以有效地固定阴离子，增加Li⁺的含量。此外，规则的孔隙结构有利于Li⁺通量的均匀化，也能使温度分布均匀，大大提高了安全性。

图2 功能隔膜的理化性质

由于串联效应，采用Z5P/PE/SBF隔膜的对称电池在10mA cm^-2（锂容量为1 mAh cm^-2）下保持了200小时（1000次）的稳定循环。此外，采用LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（NCM622）正极的小软包电池也表现出卓越的长期循环性能。作者认为，该工作所提出的策略可以为开发实用的无枝晶和稳定的LMBs的功能隔膜提供新的途径。

图3 全电池性能

Tandem Design of Functional Separators for Li Metal Batteries with Long-Term Stability and High-Rate Capability. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304386

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梁正/岳昕阳AFM：串联隔膜设计，助力高稳定/倍率锂金属电池

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