曹鹏飞/杨化滨AFM综述：多孔聚合物作为锂负极保护层的现状及未来发展

锂金属电池（LMB）的实际应用受到锂枝晶生长和不稳定的SEI层的严重阻碍，导致库仑效率低和循环寿命短。多孔聚合物具有优异的化学/电化学/机械稳定性、高电流密度耐受性和低成本等优势，被认为是锂金属保护层的候选材料。

在此，北京化工大学曹鹏飞教授、南开大学杨化滨研究员等人全面总结和讨论了多孔聚合物稳定锂金属电极的基本机制、设计原则、可扩展加工及在实用电池方面的最新进展。在锂金属电极上，多孔结构中曲折的通道可大大减少锂离子向负极移动的局部通量，有效延长锂枝晶生长的物理路径并防止电池短路。从实际应用的角度来看，简便且可扩展的制造方法和具有成本效益的前驱体对于降低生产成本和提高产量也很重要。

作者总结了高性能多孔聚合物保护层的相关研究，根据成孔方法可将多孔聚合物分为以下4类：具有天然形成微孔的聚合物、具有人工孔的聚合物/聚合物纤维和模板衍生的多孔聚合物。其中，具有人造孔的聚合物/聚合物纤维由于其可调节的孔隙率、弯曲度、低成本和可扩展性，更有希望作为实用的保护层。

图1. 多孔聚合物作为锂金属负极保护层的示意图

最后，作者基于多孔聚合物的加工和对实际LMBs电池评估参数的总结研究，提出如下一些研究方向：

（1）开发具有成本效益和可扩展的多孔聚合物合成方法，特别是来自生物可再生资源的多孔聚合物；

（2）优化商用电极的干燥方式，可显著降低制造成本和能源消耗；

（3）减小薄膜厚度并开发新的制造方法以使超薄膜具有更高的机械性能；

（4）开发实现超薄锂电极的新工艺可降低电池的总重量并提高能量密度；

（5）建立保护层评估的标准方法，从而直接比较实验室性能和实际应用；

（6）在贫电解液中评估保护层，电解液的用量在决定LMB的最终循环寿命方面起着重要作用；

（7）基于薄锂金属评估保护层，薄锂金属对于实际应用更有意义，以减少文献报道结果与实际条件下的性能之间的不一致。

图2. 计算的电流密度作为正极质量负载的函数

Are Porous Polymers Practical to Protect Li-Metal Anodes? – Current Strategies and Future Opportunities, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202202013

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曹鹏飞/杨化滨AFM综述：多孔聚合物作为锂负极保护层的现状及未来发展

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