西湖大学徐宇曦ACS Nano：用于稳定锂金属电池的新兴二维聚合物

2023年10月11日上午11:44 • 头条, 干货, 顶刊 • 阅读 4

近年来，锂金属负极（LMAs）因其高理论容量（3860 mAh g^-1）和低电化学电位（-3.040 V vs标准氢电极）而备受关注。锂金属可以与各种正极结合以构建高能量密度锂金属电池（LMBs），这对下一代电池具有广阔的前景。然而，不稳定的固体电解质中间相（SEI）和不可控的锂枝晶生长严重阻碍了LMAs的商业发展。新兴的二维聚合物(2DPs)具有高机械柔韧性、高比表面积、丰富的表面化学和丰富的化学改性特性，在解决LMAs的固有问题方面显示出巨大优势。

西湖大学徐宇曦等全面回顾了2DPs在液基和固基电池中用于稳定且无枝晶LMAs的研究进展。还讨论了在LMBs中应用2DPs的一些观点。相信新兴的2DPs将为开发高能量密度LMBs及其他方面电池提供见解。

西湖大学徐宇曦ACS Nano：用于稳定锂金属电池的新兴二维聚合物

图1 2DPs应用于锂金属负极的示意图

尽管2DPs已被证明在液基和固基电池中可有效保护锂负极，但仍有一些问题和未来的前景需要强调：

(1) 2DPs作为液态电解液中的添加剂，使用电解液添加剂被认为是稳定LMAs的一种经济有效的方法。尽管已将2DPs作为添加剂引入固态聚合物电解质中，但很少有研究将2DPs作为添加剂在液态电解液的应用。更多的研究可以集中在使用2DPs作为液态电解液中的添加剂。应仔细研究液态电解液中添加的2DPs的浓度、粒径和表面化学性质对锂沉积的影响。

(2)与无机固态电解质相比，2DPs作为固态电解质基体的研究和应用还处于起步阶段，应该做更多的工作来增加作为固态电解质基体的2DPs的种类。例如，具有不同表面化学性质的二维COFs。此外，还可以研究不同晶体尺寸的2DPs对电导率的影响。

西湖大学徐宇曦ACS Nano：用于稳定锂金属电池的新兴二维聚合物

图2 2DPs修饰的隔膜

(3)与高容量正极耦合，要实现高能量密度的锂金属电池，与高容量正极，如S、O₂、Se和Cl₂正极耦合至关重要。然而，由于锂枝晶生长以及气体、多硫化物和多硒化物对锂金属的腐蚀，这些高容量电池通常表现出较差的性能。因此，受 2DPs保护的LMAs在高容量电池系统中具有巨大的潜力。

(4) 2DPs作为硫化物电解质的界面层，2DPs已被证明作为LLZO和锂金属之间的界面层，可以大大改善不良的界面接触。硫化物电解质是另一种有前景的固态电解质，但它对锂金属不稳定。在这种情况下，2DPs可能是一种很有前景的二维材料，可用作稳定锂硫化物电解质界面的中间层。

(5)到目前为止，2DPs已成功用于稳定锂负极。上述大多数锂负极策略仍有望用于开发稳定的Na/K/Zn金属负极。例如，2DPs也可以用作人工SEI层来调节Na/K/Zn沉积并抑制枝晶生长。未来，可以进行更多的研究来使用2DPs来保护Na/K/Zn金属负极。

西湖大学徐宇曦ACS Nano：用于稳定锂金属电池的新兴二维聚合物

图3 2DPs 作为无机固态电解质的界面层

Emerging Two-Dimensional Covalent and Coordination Polymers for Stable Lithium Metal Batteries: From Liquid to Solid. ACS Nano 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c09194

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