陈远富/贺加瑞EnSM: Fe3N@N掺杂石墨烯作为稳定锂金属电池的亲锂中间层

由于其超高的理论容量，锂（Li）金属负极对于高能可充电电池具有重要意义。然而，重复充放电过程中锂枝晶的生长会刺穿隔膜，导致短路和严重的安全问题。

在此，为了有效抑制锂枝晶生长，电子科技大学陈远富教授、贺加瑞等人首次在商用PP隔膜上提出了一种新型亲锂中间层，该中间层 (Fe₃N@NG) 由嵌入并包裹在N掺杂石墨烯纳米片中的F_e3N纳米颗粒构成。N掺杂的rGO作为缓冲基底，具有较强的机械强度和丰富的N原子，可以抑制Li枝晶的生长。

另一方面，Fe₃N纳米粒子的内核具有较高的化学稳定性、良好的离子扩散性、较低的转化反应电位和电化学活性，为均匀的Li沉积提供了丰富的沉积位点，降低了施加于负极的局部电流密度并生成稳定的固体电解质膜，从而抑制了锂枝晶的生长和副反应的发生。

图1. Fe₃N@NG功能材料的制备和表征

结合理论计算和实验结果，可以验证配有Fe₃N@NG保护隔膜的锂金属电池（LMBs）循环寿命的提高，因为改性隔膜可以有效促进锂离子传输并调节界面锂离子通量，从而抑制锂枝晶的生长。同时，基于Fe₃N@NG/PP隔膜的Li//Li对称电池在2300 h内表现出稳定的镀锂/剥离过程，在5 mA cm^-2的高电流密度下也具有较小过电位（55.8 mV），显示出极高的循环稳定性。

此外，使用LFP正极和Fe₃N@NG/PP隔膜构建的Li//LFP全电池也表现出更出色的循环性能和优异的倍率性能。这项研究所提出的隔膜改性策略为提高LMBs的寿命和容量提供了有效的途径，同时也拓宽了创新锂金属电池材料制备策略的视野。

图2. 用于LMB的PP和Fe₃N@NG/PP隔膜的电化学性能对比

Fe₃N@N-doped Graphene as a Lithiophilic Interlayer for Highly Stable Lithium Metal Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.010

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陈远富/贺加瑞EnSM: Fe3N@N掺杂石墨烯作为稳定锂金属电池的亲锂中间层

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