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鋰枝晶的生長嚴重阻礙了鋰金屬電池（LMBs）的應用。許多方法已經被提出來，通過根據Sand的時間方程對隔膜進行改性，以提高鋰離子轉移數（t_Li+）來限制鋰枝晶的形成。然而，忽視陰離子運動對固體電解質界面（SEI）形成的積極貢獻將導致無機成分不足，這阻礙了LMBs的實際應用。

圖1 不同隔膜的作用示意

上海交通大學梁正、岳昕陽等構建了一個”串聯”隔膜（ZSM-5-聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDDA）/聚乙烯（PE）/SbF₃），它在錨定陰離子的同時構建了一種富含無機物的SEI。

研究顯示，面向鋰的SbF₃（SBF）涂層產生了富含Li-Sb合金（Li₃Sb）和LiF的SEI，Li₃Sb可以大大降低鋰離子（Li⁺）的遷移能壘，促進Li⁺的傳輸。同時，另一側的ZSM-5-PDDA（Z5P）涂層可以有效地固定陰離子，增加Li⁺的含量。此外，規則的孔隙結構有利于Li⁺通量的均勻化，也能使溫度分布均勻，大大提高了安全性。

圖2 功能隔膜的理化性質

由于串聯效應，采用Z5P/PE/SBF隔膜的對稱電池在10mA cm^-2（鋰容量為1 mAh cm^-2）下保持了200小時（1000次）的穩定循環。此外，采用LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（NCM622）正極的小軟包電池也表現出卓越的長期循環性能。作者認為，該工作所提出的策略可以為開發實用的無枝晶和穩定的LMBs的功能隔膜提供新的途徑。

圖3 全電池性能

Tandem Design of Functional Separators for Li Metal Batteries with Long-Term Stability and High-Rate Capability. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202304386

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梁正/岳昕陽AFM：串聯隔膜設計，助力高穩定/倍率鋰金屬電池

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