​南昌大学/亥姆霍兹乌尔姆研究所AEM：基于硅氧烷基保护层的高性能锂金属电池

不稳定的固体电解质界面层（SEI）和枝晶生长导致的低库仑效率和容量显著衰减，给锂金属电池的实际应用带来了挑战。

图1. 基于OPS的保护层设计

德国亥姆霍兹乌尔姆研究所Stefano Passerini、南昌大学周耐根等提出了一种通过引入八苯基硅倍半氧烷（OPS）并加入少量锂盐来调节锂沉积行为的有效策略。

研究显示，OPS对锂具有很高的亲和力，其在多个位点吸附锂离子的能力使其能够有效捕获并均匀调节Li⁺离子通量。

保护层可均匀调节锂离子通量，并在表面捕获锂离子，从而实现无枝晶锂沉积/剥离。此外，OPS层还起到物理屏障的作用，防止锂金属负极与电解液之间发生腐蚀反应。

图2. 锂沉积/剥离过程观察

在用作锂库存的25mM OPS溶液中进一步加入1wt%的锂盐，可确保电极/电解液界面的稳定性，并促进传统碳酸酯电解液中的电化学和传质动力学。

这种保护层有助于采用LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)作为正极、超薄OPS保护锂箔（20 微米）作为负极的锂金属电池获得稳定且无枝晶的性能。其在1C下循环300次后，容量保持率高达91.4%。

此外，这项工作还将OPS保护锂负极和NCM811与Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃固体电解质结合起来进行了测试，结果表明其循环能力可延长至300次，平均库仑效率为99.58%，容量保持率为85.7%。

图3. 全电池性能

Adaptive Multi-Site Gradient Adsorption of Siloxane-Based Protective Layers Enable High Performance Lithium-Metal Batteries. Advanced Energy Material 2023. DOI: 10.1002/aenm.202302577