​北航宫勇吉EnSM：功能性SnS2修饰隔膜助力耐用锂金属电池

锂金属是下一代高能量密度电池最有前景的负极之一。然而，锂金属负极（LMAs）的实际应用却受到无法控制的固体电解质界面（SEI）形成和有害的锂枝晶生长的阻碍。

图1 制备工艺及表征

北京航空航天大学宫勇吉等利用精心设计的 SnS2 纳米薄片涂层对商用聚丙烯（PP）隔膜进行改性（称为 SnS2@PP），以解决上述问题。一方面，SnS₂是一种常用于储能的材料，其价格较低（0.267美元/千克），具有优异的空气稳定性，当与PVDF粘结剂、NMP溶剂混成浆料时在隔膜上具有良好的润湿性，因此大规模制备SnS₂改性隔膜极具潜力。

另一方面，二维SnS₂纳米片有利于构建均匀且超薄的人工SEI，锂金属会与SnS₂涂层自发反应，形成由Li₅Sn₂和Li₇Sn₂相组成的人工SEI 层，这些相具有较高的锂离子扩散速率和较好的锂亲和性。

此外，电子绝缘/离子导电的Li₂S相则可以在SEI/Li界面起到阻挡电子的作用，这些原位生成的界面相不仅能确保快速的Li⁺通量和均匀的锂沉积，还能有效抑制LMAs与电解液之间的副反应。

图2 对锂金属负极的保护

因此，锂||锂对称电池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2的条件下可实现超过2700小时的稳定循环。另外，值得注意的是，SnS2@PP可使锂||磷酸铁锂纽扣电池在2C下循环超过600次后容量保持率达到∼80%；并使在锂||磷酸铁锂软包电池在高正极负载（13 mg cm^-2）、超薄锂箔（50 µm）和贫电解液（2.8 g Ah^-1）条件下，在0.3 C下循环超过110次后容量保持率达到∼97%。

因此，这项工作为利用简单的制备方法和可扩展的工艺制造新型商用隔膜提供了更多启示。

图3 锂||磷酸铁锂全电池性能

A functional SnS2-engineered separator for durable and practical lithium metal battery. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102900