哈工大EES：Li+通量均化隔膜助力长循环锂金属阳极

由聚烯烃或聚偏氟乙烯制成的隔膜孔隙排列不均匀，电解液亲和性差，这会导致Li⁺通量紊乱，沉积层凹凸不平，从而引发锂盐的持续消耗和锂金属电池（LMBs）的过早失效。虽然调整孔隙结构或改变这些隔膜的表面是有效的，但却占用空间，在经济或工业上并不可行。

图1 机理示意图和MD模拟

哈尔滨工业大学何伟东等首次将抗静电剂SN（SN），即十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐，与PVDF-HFP基体结合，通过可行的方法制备出适用于LMB的均相复合隔膜（PVDF-HFP/SN）。研究显示，SN的铵头提供了大量阴离子友好位点，可吸收电解液中的PF₆-。这就形成了SN-PF₆^–的亲锂基质，使Li⁺在SN-PF₆^––Li⁺结构中均匀分布和沉积，并进一步减少了锂盐的消耗，确保锂阳极无枝晶形成。

图2 Li沉积过程的原位观察和Li||Li对称电池的循环稳定性

得益于上述优势，Li||PVDF-HFP/SN||Li对称电池实现了1000小时最低过电位的卓越稳定性。此外，Li||PVDF-HFP/SN||LiFePO₄电池还具有持久的循环寿命，在1 C（1 C = 170 mA g^-1）条件下可持续循环800次，容量保持率达96.9%；在2 C条件下可持续循环1000次，容量保持率达93.4%。

图3 Li||PVDF-HFP/SN||LiFePO₄电池性能

A Li+-flux-homogenizing separator for long-cycle Li metal anodes. Energy & Environmental Science 2024. DOI: 10.1039/d4ee00115j

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