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唐永炳/周小龍/鄭勇平等AM: 超強(qiáng)離子導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)鋰金屬負(fù)極無(wú)枝晶

鋰（Li）金屬負(fù)極具有理論容量高、氧化還原電位低等優(yōu)點(diǎn)，在下一代電池中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，循環(huán)過(guò)程中鋰枝晶的生長(zhǎng)給鋰金屬負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了巨大的安全問(wèn)題。

在此，中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院唐永炳、周小龍、鄭勇平等人報(bào)道了一種通過(guò)用超強(qiáng)類(lèi)金剛石碳 (DLC) 薄層涂覆聚丙烯 (PP) 隔膜來(lái)抑制鋰枝晶生長(zhǎng)的有效方法。

理論計(jì)算表明，DLC涂層一旦與鋰金屬負(fù)極組裝，就會(huì)進(jìn)行原位化學(xué)鋰化，將 DLC/PP隔膜轉(zhuǎn)化為優(yōu)異的3D鋰離子導(dǎo)體。這種原位鋰化的DLC/PP 隔膜不僅可以通過(guò)其固有的高楊氏模量（≈100 GPa）抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，而且還可以均勻地重新分布鋰離子以實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶的鋰沉積。

圖1. 基于原始PP和DLC/PP 隔膜的鋰金屬電池中鋰枝晶生長(zhǎng)的示意圖

DLC/PP隔膜的雙重作用使Li||Li對(duì)稱電池實(shí)現(xiàn)了在3 mA cm^-2的高電流密度下鋰電鍍/剝離（超過(guò)4500小時(shí)）的穩(wěn)定循環(huán)，基于該隔膜的Li||LiFePO₄紐扣電池可以在5C下實(shí)現(xiàn)超過(guò)1000次穩(wěn)定循環(huán)，容量保持率約為71%。

即使在高正極活性質(zhì)量負(fù)載（≈9 mg cm^-2）的情況下，基于該隔膜的Li||LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂軟包電池仍能在0.2 C條件下穩(wěn)定循環(huán)超200次。

圖2. Li||LiFePO₄全電池的電化學(xué)性能

In Situ Chemical Lithiation Transforms Diamond-Like Carbon into an Ultrastrong Ion Conductor for Dendrite-Free Lithium-Metal Anodes, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202100793

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