鋰金屬由于其高比容量（3860?mAh?g?1）和最低還原電位（與標準氫電極相比?3.04?V），是一種很有前景的高能量密度存儲系統負極材料。然而，盡管具有這些獨特的優點，但實用化可充鋰金屬電池（LMB）的發展仍然受到一些技術問題的阻礙。2021年1月8日，Nature Communications連續刊發2篇LMB的研究論文，進一步推進了LMB的應用和發展?；诖耍【幒唵螀R總了一下這兩篇論文，以供大家學習和參考！
Nat. Commun.：柔性電子阻擋界面屏蔽助力無枝晶固態鋰金屬電池
固態電池（SSBs）因其高能量密度和高安全性而被認為是下一代鋰離子電池技術。然而，固態電解質（SSEs）的高電子導電性導致Li枝晶的成核和增殖。此外，界面接觸不良導致的電場分布不均勻會進一步促進枝晶沉積，從而導致SSBs的快速短路。
基于此，加拿大西安大略大學孫學良、青島大學郭向欣在Nat. Commun.上發表研究論文，報道了一種柔性電子阻擋界面屏蔽層（EBS），以實現均勻的界面接觸并防止由于石榴石型電解質中的高電子電導率引起的Li枝晶形成。界面處的聚丙烯酸（PAA）聚合物與熔融的Li在250°C下反應，形成嵌有Li的PAA（LiPAA）。原位取代反應形成的EBS不僅可以提高鋰的親鋰性，而且可以穩定鋰的體積變化，在重復循環過程中保持界面的完整性。密度泛函理論計算表明，從鋰金屬到EBS的電子隧穿能壘很高，表明其具有出色的電子阻擋能力。受EBS保護的電池的臨界電流密度可提高到1.2 mA cm-2并在室溫下在1 mA cm-2（1 mAh cm-2）下穩定循環超過400小時。這些結果證明了抑制Li枝晶的有效策略，并為SSE和Li金屬界面的合理設計提供了新的見解。
圖2 使用裸LLZTO和PAA修飾的LLZTO的Li對稱電池的電化學性能
A flexible electron-blocking interfacial shield for dendrite-free solid lithium metal batteries. Nat. Commun. 2021. DOI: 10.1038/s41467-020-20463-y
Nat. Commun.：原位聚合法構建多功能固態電解質界面助力無枝晶低N/P比鋰金屬電池
穩定的固態電解質界面（SEI）因其有效的抑制電解液消耗和抑制鋰枝晶生長而受到LMA的青睞。然而，由于薄膜形成的不均勻性、低柔性以及改變Li成核/生長方向的能力有限，目前的設計策略很難賦予多功能SEI的形成，這導致枝晶生長不受約束，循環穩定性差。
基于此，華南師范大學Xin Wang、中科院蘇州納米所陳立桅、加拿大滑鐵盧大學陳忠偉在Nat. Commun.上發表研究論文，利用含有鄰苯二酚和丙烯酸基團的電解質添加劑通過原位陰離子聚合來構建穩定的多功能SEI。以咖啡酸（CA）為代表添加劑。通過CA陰離子聚合反應建立有機膜，該有機膜包含鋰鹽和無機Li組分作為SEI層。這種自平滑和堅固的SEI為Li的吸附和空間排斥提供了多個位置，以限制成核/生長過程，從而形成均勻的Li納米球。這種各向同性納米球提供了非優選取向的Li生長方向，使得鋰沉積均勻，從而實現無枝晶負極。由于這些優勢，可以獲得出色的循環性能，即在高達10?mA?cm?2的電流密度，仍具有超過8500小時運行的超長循環壽命，高累積容量超過4.25 Ah cm?2，并能夠在60°C下穩定循環。此外，在貧電解液、低N/P比或高溫條件下，Li-S和Li-LiFePO4電池也可實現延長的循環壽命。這一簡單的策略也促進了LMA的實際應用，并對相關領域的SEI設計也有一定的啟示。
圖2 LMA在Li@CA–LiNO3和Li@LiNO3電解液中的循環穩定性
圖3 Li-S和Li-LiFePO4電池的電化學性能
Constructing multifunctional solid electrolyte interface via in-situ polymerization for dendrite-free and low N/P ratio lithium metal batteries. Nat. Commun. 2021. DOI: 10.1038/s41467-020-20339-1
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