周光敏/丘陵Nano Lett.: 超薄氮化硼膜诱导稳定SEI用于安全的锂金属电池

锂离子电池 (LIB) 仍然面临安全问题，主要是由于负极上的枝晶生长导致燃烧和爆炸，形成稳定的固体电解质界面 (SEI) 层是抑制这种情况的有效方法。

在此，清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授、丘陵副教授等人使用了一种简单的方法，即将大规模制备的超薄六方氮化硼 (h-BN)/聚酰亚胺 (PI) 层涂覆在商用聚丙烯 (PP) 隔膜上以实现低成本诱导稳定的SEI形成。

通过DFT计算、电化学分析和光谱学分析，作者推断出PP隔膜上h-BN涂层诱导无机SEI形成的机制。由于h-BN涂层的存在，隔膜上的吸附减少，游离的F、O和N原子能够形成更多的无机SEI化合物，如LiF、Li₂O和Li₃N。基于这种理解，使用h-BN 纳米片(BNNS) 涂层隔膜可以大大提高电化学性能。

图1. PP-BN隔膜的制备和内在特性

此外，h-BN涂层明显改善了PP的润湿性、热稳定性和导热性。通过Li对称电池测试，证实了PP-BN的阻止锂枝晶生长的能力，且锂成核势垒较低。

使用PP-BN隔膜的LiFePO₄//Li半电池100次循环的库仑效率始终保持在100%左右，放电容量几乎没有衰减，LiFePO₄//石墨全电池的初始放电容量为170 mAh g^-1，600 次循环后为96 mAh g^-1，远高于使用PP隔膜的半/全电池。

图2. 由PP-BN隔膜引起的稳定SEI形成

Stabilized Solid Electrolyte Interphase Induced by Ultrathin Boron Nitride Membranes for Safe Lithium Metal Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03106

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周光敏/丘陵Nano Lett.: 超薄氮化硼膜诱导稳定SEI用于安全的锂金属电池

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