胡征/吴强Adv. Sci.：氮化铝涂层隔膜使Li|Li电池循环8000小时！

锂金属负极在实际应用中的倍率和循环性能不足，这主要归因于有害的枝晶生长，尤其是在高电流下。

南京大学胡征、吴强等报道了通过方便的真空过滤在商业聚丙烯隔膜上轻松构建了具有导热氮化铝(AlN)纳米线的多孔且坚固网络。

图1 锂沉积行为的示意图

AlN具有优异的导热性(319 W m^-1 K^-1)、高刚性(23.7 GPa)、和对锂金属的电化学稳定性，可用作稳定锂负极的理想屏蔽。对于这样构造的AlN NW-PP复合隔膜，高导热系数导致热分布均匀，此外，AlN独特的微/纳米网络结构和表面化学极性使其具有优越的电解质亲和力。

因此，正如有限元模拟结果所支持的那样，AlN NW-PP不仅可以促进均匀的锂沉积以实现无枝晶负极，而且还可以促进锂离子的传输，其Li⁺迁移数(0.51)也高于PP隔膜(0.37)。此外，坚固的网络可以作为最后一道栅栏抵抗枝晶的穿透，同时缓解循环过程中体积变化的应变。

图2 对称Li|Li电池在不同条件下的电化学性能

研究显示，采用AlN NW-PP，Li|Li电池表现出超过8000小时（20 mA cm^-2、3 mAh cm^-2）和的超长寿命，即使在前所未有的高倍率下（80 mA cm^-2, 80 mAh cm^-2)也能循环超过1000小时。相应的Li|LiFePO₄电池在10 C时具有84.3 mAh g^-1 的高比容量。

此外，当用于钠金属电池时，AlN NW-PP在Na沉积/剥离方面也显示出优势，可在5 mA cm^-2下获得600小时的稳定的循环性能。原则上，AlN NW-PP也可以有效地用于其他受枝晶生长困扰的金属负极，例如K或Zn负极，并且AlN网络也可以被其他一些刚性导热网络（例如类金刚石碳）替代，这为耐用和高倍率金属负极提出了一般策略。

图3 锂金属电极的SEM图像和有限元模拟

Thermally Conductive AlN-Network Shield for Separators to Achieve Dendrite-Free Plating and Fast Li-Ion Transport toward Durable and High-Rate Lithium-Metal Anodes. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202200411