西工大黄维/艾伟AEM：可持续双层界面实现持久稳定的锂金属负极

锂金属负极（LMA）是下一代高能量电池的关键，它的比容量高达 3860 mAh g^-1，与标准氢电极相比，电势低至 -3.04 V。这些特性使得锂金属电池（LMBs）在与氧气或硫等高容量正极配对时，能量密度可达到 500 Wh kg^-1，大大超过目前领先的锂离子电池。然而，在循环过程中，固有的 SEI 会因电极体积膨胀而破裂，从而形成锂枝晶成核的 “热点”。这种固有的不稳定性凸显了一个关键挑战，要想充分发挥 LMA 在高能量密度电池系统中的潜力，就必须解决这个问题。

在此，西北工业大学黄维教授、艾伟教授团队采用联合电纺丝-轧制技术开发了一种可持续的双层界面（SDI）保护锂负极。在这种 SDI 中，聚丙烯腈（PAN）纳米纤维可使整个电解质中的锂离子通量均匀化，并缓解电极体积膨胀。

更重要的是，亲锂金属离子的持续释放有助于在原位构建合金相，从而促进锂离子传输和锂的均匀沉积。在 SDI 薄膜的动态保护下，合金层上的裂纹可在循环过程中及时修复，从而确保电解质-负极界面的有效控制和锂金属膜的长期稳定。

经过验证，使用 PAN/SnCl₂ 薄膜作为 SDI 原型，对称电池在 5 mA cm^-2 和 5 mAh cm^-2 的条件下实现了 5200 小时（≈7 个月）的超长循环。与硫正极（在醚电解质中）或 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ 正极（在酯电解质中）配对时，全电池表现出卓越的稳定性和倍率性能。

图1. 双层界面的制备及形貌表征

总之，该工作为实现 LMA 的持久稳定性提出了一种由电纺纳米纤维层和原位 LixM 合金界面组成的 SDI 层。在长期锂循环过程中，上层聚合物纳米纤维层有助于锂离子在电极表面均匀分布。此外，它还能持续提供金属离子，为下层的锂-M 合金中界面提供支持，而下层的锂-M 合金界面具有优异的亲锂性和快速离子传输特性。

此外，由此产生的合金界面通过分散锂金属表面的局部电流密度，确保了均匀的锂成核和沉积。优化后的 PAN/SnCl₂-Li 负极具有 45 mV 的低成核过电位、99.52% 的高平均 CE 、超过 5200 h（≈7 个月）的超长循环寿命、5 mA cm^-2 的高电流密度和 5 mAh cm^-2 的高面积容量。因此，该种界面设计不仅有助于加深对稳定电解质负极界面的理解，而且可推动高性能 LMB 的商业化发展。

图2.电池性能

Sustainable Dual-Layered Interface for Long-Lasting Stabilization of Lithium Metal Anodes， Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302695