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中山大學EnSM: 一種用于快充鋰金屬電池的基于聚合物刷的單離子導電人工SEI膜

鋰金屬負極因其非常高的理論容量和低電位而引起了廣泛的研究興趣。然而，鋰枝晶生長帶來的嚴重安全問題已經成為了限制鋰金屬電池實際應用的關鍵。

固體電解質中間相（SEI）膜對鋰金屬負極的穩定性和循環性能起著至關重要的作用，構建具有高機械模量、良好彈性和高電流密度耐受性的人造SEI薄膜是鋰金屬電池（LMBs）的迫切需要。

在此，中山大學吳丁財教授、劉如亮副研究員等人提出了一種新型超結構單離子導電聚合物刷（CNF-g-PSLi）作為人工固體電解質界面（SEI）膜來抑制鋰枝晶生長。

所獲得的 CNF-g-PSLi 集成了穩固的CNF骨架納米網絡、刷子改善的界面相容性、–SO₃^–基團引導的鋰離子的快速傳輸以及–SO₃^–基團對初始形成的鋰枝晶的靜電斥力的優點。因此，CNF-g-PSLi膜表現出良好的機械性能（可抑制枝晶生長，彈性模量為5.30 GPa）、舒適的界面接觸和快速的離子傳輸。

圖1. 基于該人工SEI膜的對稱Li|Li電池的電化學性能

以 CNF-g-PSLi 作為人工 SEI膜的對稱Li|Li電池在超高電流密度 (20 mA cm^-2) 下顯示出出色的鍍鋰/剝離穩定性。此外，基于該SEI膜的Li|LiFePO₄全電池具有較長的使用壽命（300 次循環），在5C的高電流密度下，每個循環的容量衰減很小，僅為 0.08%。這項工作通過高分子工程的精心設計，為開發性能優良的人工SEI膜進行了一次有效的嘗試。

圖2. 基于該人工SEI膜的Li|LiFePO₄電池的電化學性能

A polymer brush-based robust and flexible single-ion conducting artificial SEI film for fast charging lithium metal batteries, Energy Storage Materials. 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.002

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