崔光磊AFM: 基于含碘聚合物/合金层基锂负极的高性能锂空气电池

具有超高能量密度的锂（Li）-空气电池引起了广泛关注，但由于负极上的枝晶/钝化和正极上的不溶放电产物，它们通常表现出较差的性能。然而，最近的许多工作只是设计了高效催化剂或仅制备了稳定的负极来解决上述问题的一个方面。

在此，中科院青岛能源所崔光磊研究员等人通过碘化锌（ZnI₂）与锂的置换反应以及随后的α-氰基丙烯酸乙酯（ECA)的加成聚合，在金属锂上构建了新型含碘的多功能聚合物/合金界面层（IPA），所得的基于IPA的锂 (IPA-Li) 进一步用作锂空气电池的负极。聚ECA是IPA-Li负极中的主要有机相，不仅具有高机械柔韧性，可以明显减轻锂表面的内应力，而且还充当致密有效的保护层以防止锂负极在循环过程中受到空气/O₂的侵蚀。

此外，均匀的LiZn合金纳米颗粒在IPA-Li负极上形成了许多具有高Li⁺电导率的传输通道，并显示出与Li的优异亲和力，有效抑制了锂枝晶的无限生长。此外，源自IPA-Li电极的可溶性含I物质显著促进了低充电电压下放电产物的可逆分解。

图1. IPA-Li复合材料的合成过程示意图及表征

受益于稳定的亲锂混合层，带有IPA-Li负极的对称纽扣电池可以稳定运行超过 1200小时，平均过电位<20 mV，而裸锂负极的过电位在仅循环400小时后就增加到>210 mV。在干氧和纯氧环境下，使用IPA-Li负极的Li-O₂电池可以稳定运行135次循环，端电压间隙< 1.4 V，远优于基于裸锂负极的Li-O₂电池（47次循环，具有3.5 V的巨大放电/充电电压滞后）。

即使在环境空气中，基于IPA-Li的锂空气电池在120次循环后充电电压仍小于4.2 V。然而，纯锂基电池仅在25次循环后充电电压就高于4.5 V。本文提出的新型聚合物/合金界面层为锂金属负极的保护提供了一种可行的新思路，为开发高能量密度锂空气电池提供了可行性。

图2. 环境空气中稳定工作的锂空气电池性能

I-containing Polymer/Alloy Layer-Based Li Anode Mediating High-Performance Lithium–Air Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202108993

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崔光磊AFM: 基于含碘聚合物/合金层基锂负极的高性能锂空气电池

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