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周光敏/丘陵Nano Lett.: 超薄氮化硼膜誘導(dǎo)穩(wěn)定SEI用于安全的鋰金屬電池

鋰離子電池 (LIB) 仍然面臨安全問(wèn)題，主要是由于負(fù)極上的枝晶生長(zhǎng)導(dǎo)致燃燒和爆炸，形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面 (SEI) 層是抑制這種情況的有效方法。

在此，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院周光敏副教授、丘陵副教授等人使用了一種簡(jiǎn)單的方法，即將大規(guī)模制備的超薄六方氮化硼 (h-BN)/聚酰亞胺 (PI) 層涂覆在商用聚丙烯 (PP) 隔膜上以實(shí)現(xiàn)低成本誘導(dǎo)穩(wěn)定的SEI形成。

通過(guò)DFT計(jì)算、電化學(xué)分析和光譜學(xué)分析，作者推斷出PP隔膜上h-BN涂層誘導(dǎo)無(wú)機(jī)SEI形成的機(jī)制。由于h-BN涂層的存在，隔膜上的吸附減少，游離的F、O和N原子能夠形成更多的無(wú)機(jī)SEI化合物，如LiF、Li₂O和Li₃N。基于這種理解，使用h-BN 納米片(BNNS) 涂層隔膜可以大大提高電化學(xué)性能。

圖1. PP-BN隔膜的制備和內(nèi)在特性

此外，h-BN涂層明顯改善了PP的潤(rùn)濕性、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性。通過(guò)Li對(duì)稱(chēng)電池測(cè)試，證實(shí)了PP-BN的阻止鋰枝晶生長(zhǎng)的能力，且鋰成核勢(shì)壘較低。

使用PP-BN隔膜的LiFePO₄//Li半電池100次循環(huán)的庫(kù)侖效率始終保持在100%左右，放電容量幾乎沒(méi)有衰減，LiFePO₄//石墨全電池的初始放電容量為170 mAh g^-1，600 次循環(huán)后為96 mAh g^-1，遠(yuǎn)高于使用PP隔膜的半/全電池。

圖2. 由PP-BN隔膜引起的穩(wěn)定SEI形成

Stabilized Solid Electrolyte Interphase Induced by Ultrathin Boron Nitride Membranes for Safe Lithium Metal Batteries, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03106

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周光敏/丘陵Nano Lett.: 超薄氮化硼膜誘導(dǎo)穩(wěn)定SEI用于安全的鋰金屬電池

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