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鋰金屬電池（LMB）的實際應用受到鋰枝晶生長和不穩定的SEI層的嚴重阻礙，導致庫侖效率低和循環壽命短。多孔聚合物具有優異的化學/電化學/機械穩定性、高電流密度耐受性和低成本等優勢，被認為是鋰金屬保護層的候選材料。

在此，北京化工大學曹鵬飛教授、南開大學楊化濱研究員等人全面總結和討論了多孔聚合物穩定鋰金屬電極的基本機制、設計原則、可擴展加工及在實用電池方面的最新進展。在鋰金屬電極上，多孔結構中曲折的通道可大大減少鋰離子向負極移動的局部通量，有效延長鋰枝晶生長的物理路徑并防止電池短路。從實際應用的角度來看，簡便且可擴展的制造方法和具有成本效益的前驅體對于降低生產成本和提高產量也很重要。

作者總結了高性能多孔聚合物保護層的相關研究，根據成孔方法可將多孔聚合物分為以下4類：具有天然形成微孔的聚合物、具有人工孔的聚合物/聚合物纖維和模板衍生的多孔聚合物。其中，具有人造孔的聚合物/聚合物纖維由于其可調節的孔隙率、彎曲度、低成本和可擴展性，更有希望作為實用的保護層。

圖1. 多孔聚合物作為鋰金屬負極保護層的示意圖

最后，作者基于多孔聚合物的加工和對實際LMBs電池評估參數的總結研究，提出如下一些研究方向：

（1）開發具有成本效益和可擴展的多孔聚合物合成方法，特別是來自生物可再生資源的多孔聚合物；

（2）優化商用電極的干燥方式，可顯著降低制造成本和能源消耗；

（3）減小薄膜厚度并開發新的制造方法以使超薄膜具有更高的機械性能；

（4）開發實現超薄鋰電極的新工藝可降低電池的總重量并提高能量密度；

（5）建立保護層評估的標準方法，從而直接比較實驗室性能和實際應用；

（6）在貧電解液中評估保護層，電解液的用量在決定LMB的最終循環壽命方面起著重要作用；

（7）基于薄鋰金屬評估保護層，薄鋰金屬對于實際應用更有意義，以減少文獻報道結果與實際條件下的性能之間的不一致。

圖2. 計算的電流密度作為正極質量負載的函數

Are Porous Polymers Practical to Protect Li-Metal Anodes? – Current Strategies and Future Opportunities, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202202013

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曹鵬飛/楊化濱AFM綜述：多孔聚合物作為鋰負極保護層的現狀及未來發展

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