中山大学EnSM: 一种用于快充锂金属电池的基于聚合物刷的单离子导电人工SEI膜

锂金属负极因其非常高的理论容量和低电位而引起了广泛的研究兴趣。然而，锂枝晶生长带来的严重安全问题已经成为了限制锂金属电池实际应用的关键。

固体电解质中间相（SEI）膜对锂金属负极的稳定性和循环性能起着至关重要的作用，构建具有高机械模量、良好弹性和高电流密度耐受性的人造SEI薄膜是锂金属电池（LMBs）的迫切需要。

在此，中山大学吴丁财教授、刘如亮副研究员等人提出了一种新型超结构单离子导电聚合物刷（CNF-g-PSLi）作为人工固体电解质界面（SEI）膜来抑制锂枝晶生长。

所获得的 CNF-g-PSLi 集成了稳固的CNF骨架纳米网络、刷子改善的界面相容性、–SO₃^–基团引导的锂离子的快速传输以及–SO₃^–基团对初始形成的锂枝晶的静电斥力的优点。因此，CNF-g-PSLi膜表现出良好的机械性能（可抑制枝晶生长，弹性模量为5.30 GPa）、舒适的界面接触和快速的离子传输。

图1. 基于该人工SEI膜的对称Li|Li电池的电化学性能

以 CNF-g-PSLi 作为人工 SEI膜的对称Li|Li电池在超高电流密度 (20 mA cm^-2) 下显示出出色的镀锂/剥离稳定性。此外，基于该SEI膜的Li|LiFePO₄全电池具有较长的使用寿命（300 次循环），在5C的高电流密度下，每个循环的容量衰减很小，仅为 0.08%。这项工作通过高分子工程的精心设计，为开发性能优良的人工SEI膜进行了一次有效的尝试。

图2. 基于该人工SEI膜的Li|LiFePO₄电池的电化学性能

A polymer brush-based robust and flexible single-ion conducting artificial SEI film for fast charging lithium metal batteries, Energy Storage Materials. 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.002

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中山大学EnSM: 一种用于快充锂金属电池的基于聚合物刷的单离子导电人工SEI膜

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