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穩定的鋰金屬負極是生產高能量電池的理想選擇。然而，當應用實用測試條件時，鋰金屬在電池循環過程中是不穩定的。

圖1 PHS-Cu電極的物理化學特性

中國科學院福建物質結構研究所王要兵、上海空間電源研究所李永等通過在鋰金屬電極和Cu集流體表面引入聚（2-羥乙基丙烯酸酯-co-苯磺酸鈉）（PHS），設計并開發了一種多功能的人工保護層來調節鋰的沉積行為。一方面，PHS的聚（2-羥乙基丙烯酸酯）（PHEA）成分可以通過氫鍵作用與Cu基底形成鍵合，并為循環過程中的大體積變化提供柔性段。

另一方面，PHS的聚（對苯乙烯磺酸鈉）（PS）成分中的SO₃-基團可以提供充足的Li⁺吸附位點并調節Li⁺擴散，而Na⁺可以通過離子交換參與NaF的形成，為混合型氟化SEI作出貢獻。

圖2 PHS-Cu的界面和動力學特性的研究

合理集成的PHS保護層可以誘導形成高結晶的無機內SEI，促進鋰的均勻擴散和鋰的平坦沉積，從而使Li | |PHS涂層-Cu扣式電池（Li | |PHS-Cu）在1 mA/cm²和8 mAh/cm²的高面容量條件下的平均CE達到99%以上。

密度泛函理論（DFT）計算表明，Li⁺有利于從PHS表面向集流體遷移，從而有助于在高面容量下的均勻鋰沉積。當PHS涂層的鋰金屬負極與基于LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂（NCM83）的高面容量（6 mAh/cm²）正極配對時，在多層軟包電池配置中，該電池的初始容量為6.86 Ah（對應初始比能量為489.7 Wh/kg），在2.5 mA/cm²和172 kPa的條件下進行150次循環后，放電容量保持率達到91.1%。

圖3 Li | |NCM83全電池性能

Production of high-energy 6-Ah-level Li?|?|LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 multi-layer pouch cells via negative electrode protective layer coating strategy. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-39391-8

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?王要兵/李永Nature子刊：通過負極保護獲得6Ah高能量軟包鋰金屬電池

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