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鋰枝晶問題是限制鋰金屬負極在高能充電電池中應用的主要瓶頸。

北京航空航天大學郭林、北京工業大學鄭子龍、張倩倩等從枝晶成核機理的角度，開發了一種具有陰離子固定行為的新型陽離子選擇性(CS)隔膜，以實現無枝晶的鋰負極。

圖1 陽離子選擇性(CS)隔膜的表征

聚偏氟乙烯（PVDF）材料因其優異的成膜性和化學穩定性而被廣泛用作隔膜上的功能涂層，但PVDF材料在構建CS隔膜中的作用尚未明確。眾所周知，聚偏氟乙烯（PVDF）分子含有豐富的氟原子，它們帶有負電荷，因此表現出基于靜電相互作用的陽離子選擇性。

因此，在這項工作中，作者采用刮涂法制備了一種基于自支撐PVDF膜的堅固大面積CS隔膜，以增強鋰金屬負極，結果所得CS隔膜可以提供高達0.81的高鋰離子遷移數，這表明在液態電解液中有效地固定了陰離子。

圖2 CS隔膜對鋰金屬電極的穩定

由于陰離子遷移數的顯著降低，CS隔膜可以延長鋰枝晶的成核時間，從而在3 mA cm^-2的高施加電流密度下實現了1000小時的高穩定性鋰沉積/剝離循環。當集成到鋰金屬電池(LMBs)中時，CS隔膜還有助于提高整體電化學性能，包括放電容量、倍率性能和循環耐久性。

此外，在這項工作中開發的CS隔膜可以與現有的金屬負極保護層和人工固體電解質界面(SEI)區分開來，與負極表面的這些功能涂層相比，自支撐CS隔膜可以釋放其他商業隔膜，從而大大降低電池的體積和質量能量密度。這項工作可能會為創造無枝晶LMB的新型CS隔膜提供可能性。

圖3 CS隔膜提高鋰金屬電池的電化學性能

Anion Immobilization Enabled by Cation-Selective Separators for Dendrite-Free Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202112711

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郭林/鄭子龍/張倩倩AFM：陽離子選擇性隔膜助力無枝晶鋰金屬電池

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