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浙工大陶新永Nano Letters：穩定鋰金屬電池的基于大豆蛋白纖維的人工SEI

由不可控的鋰沉積引起的鋰（Li）枝晶的擴散嚴重限制了鋰金屬電池（LMB）的實際應用，因此，調節均勻的鋰沉積是促進穩定鋰金屬負極的先決條件。

在此，浙江工業大學陶新永教授等人在從大豆中提取的大量可再生植物蛋白的基礎上構建了一種多功能人造SEI，采用商業化生產的大豆蛋白纖維（SPF）親鋰骨架來穩定鋰金屬負極。所采用的SPF具有交聯的多孔纖維結構，其中豐富的極性基團有望有效降低電極之間的濃差極化。接觸角測試和有限元模擬表明，這種親鋰多孔SPF與電解液的親和力更好，且可以明顯地緩解電極間的離子濃度梯度并幫助鋰沿纖維結構沉積。

此外，與直接參與SEI形成的動物蛋白不同，作者證明了引入的SPF促進了循環后富含LiF納米晶的SEI納米結構的形成，導致了低的界面阻抗和快速的電荷轉移動力學。

圖1. SPF的表征及其對鋰離子濃度的影響

因此，在Li-Cu電池測試中，SPF保護的鋰金屬負極在550次循環后保持穩定循環，平均CE為 98.7%。在3 mA cm^-2的電流密度和1 mAh cm^-2的容量下，基于SPF/Li的對稱電池循環壽命超過3400 h（~8500次）且具有66 mV 的低電壓滯后。

此外，在低N/P比和高負載量的條件下，經SPF改性的實用型Li/LFP軟包全電池在0.2 C 時可提供76 mAh的容量，100 次循環后仍具有80% 的容量（裸Li@Cu軟包電池的容量持續下降，100次循環后僅保持34%的容量）。這項研究利用植物蛋白纖維作為人工界面層誘導鋰沉積和調節SEI納米結構的設計為LMBs的商業化提供了可能性。

圖2. Li/LFP全電池的電化學性能

Soybean Protein Fiber Enabled Controllable Li Deposition and a LiF-Nanocrystal-Enriched Interface for Stable Li Metal Batteries, Nano Letters 2022. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04775

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