华工/浙工大/川大ACS Nano：利用高稳定性双卤化物SEI增强Li+扩散动力学

隔膜工程是为高性能锂金属电池（LMB）设计先进锂金属负极的一条大有可为的途径。传统的隔膜无法调节Li⁺在固体电解质界面层(SEI)的扩散，从而导致严重的枝晶沉积。

图1. 材料表征

华南理工大学杜丽、浙江工业大学陶新永、四川大学张传芳等设计了一种通过喷涂Cl封端的碳化钛MXene油墨改性的聚丙烯（PP）隔膜（PP@Ti₃CNCl₂），以解决这一问题。

研究显示，亲锂的MXene具有优异的电解液润湿性和较低的Li⁺扩散阻力，从而增强了SEI的Li⁺扩散动力学。此外，X射线光电子能谱深度剖析和冷冻透射电子显微镜显示，在电化学过程中自发形成了梯度SEI层，其中均匀分布着LiF和LiCl。

图2. 半电池性能

离子传输的调节导致了锂的均匀沉积，而带有LiF和LiCl的完整SEI层则有助于在反复循环时形成稳固的界面。因此，基于PP@Ti₃CNCl₂隔膜的电池在3 mA cm^-2的条件下，对称电池的寿命超过5500小时，而在LFP全电池中，在2 C条件下的循环次数超过3100次。这项工作的设计为使用LiCl和LiF构建无枝晶和Li⁺可渗透界面提供了机会，为高能量密度LMB提供了启示。

图3. 全电池性能

Separator Engineering Based on Cl-Terminated MXene Ink: Enhancing Li+ Diffusion Kinetics with a Highly Stable Double-Halide Solid Electrolyte Interphase. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c07413