唐永炳/周小龙/郑勇平等AM: 超强离子导体实现锂金属负极无枝晶

锂（Li）金属负极具有理论容量高、氧化还原电位低等优点，在下一代电池中具有广阔的应用前景。然而，循环过程中锂枝晶的生长给锂金属负极的实际应用带来了巨大的安全问题。

在此，中科院深圳先进技术研究院唐永炳、周小龙、郑勇平等人报道了一种通过用超强类金刚石碳 (DLC) 薄层涂覆聚丙烯 (PP) 隔膜来抑制锂枝晶生长的有效方法。

理论计算表明，DLC涂层一旦与锂金属负极组装，就会进行原位化学锂化，将 DLC/PP隔膜转化为优异的3D锂离子导体。这种原位锂化的DLC/PP 隔膜不仅可以通过其固有的高杨氏模量（≈100 GPa）抑制锂枝晶生长，而且还可以均匀地重新分布锂离子以实现无枝晶的锂沉积。

图1. 基于原始PP和DLC/PP 隔膜的锂金属电池中锂枝晶生长的示意图

DLC/PP隔膜的双重作用使Li||Li对称电池实现了在3 mA cm^-2的高电流密度下锂电镀/剥离（超过4500小时）的稳定循环，基于该隔膜的Li||LiFePO₄纽扣电池可以在5C下实现超过1000次稳定循环，容量保持率约为71%。

即使在高正极活性质量负载（≈9 mg cm^-2）的情况下，基于该隔膜的Li||LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂软包电池仍能在0.2 C条件下稳定循环超200次。

图2. Li||LiFePO₄全电池的电化学性能

In Situ Chemical Lithiation Transforms Diamond-Like Carbon into an Ultrastrong Ion Conductor for Dendrite-Free Lithium-Metal Anodes, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202100793

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唐永炳/周小龙/郑勇平等AM: 超强离子导体实现锂金属负极无枝晶

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