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?國科大EnSM：3D 電子/離子導電網絡的集成負極，用于穩定的鋰金屬電池

鋰金屬負極因其超高的理論比容量和較低的氧化還原電位而受到越來越多的關注。然而，負極/隔膜界面的副反應所導致的嚴重界面問題極大地阻礙了其應用。

在此，中國科學院大學姚霞銀、肖睿娟等人采用聚（偏氟乙烯-共六氟丙烯）基聚合物電解質，通過界面粘結策略設計了一種三維鋰-硼（LiB）纖維集成鋰負極與聚丙烯隔膜。

研究表明，化學蝕刻后的三維Li/鋰電池負極可將交換電流密度提高到 36.8 mA cm^-2，約為原始負極 2.6 mA cm^-2 的 14 倍。同時，基于聚偏氟乙烯-六氟丙烯的聚合物電解質確保了高離子電導率和界面穩定性。因此，具有三維電子/離子導電網絡的集成負極可以引導鋰沉積并抑制鋰枝晶的生長。

此外，剛性 LiB 骨架與柔性 PVDF-HFP 基聚合物電解質的耦合可有效防止鋰負極在長期循環過程中的粉化，在 1 C 條件下可實現 1000 次循環，容量保持率高達 76%。

圖1. 集成負極的結構表征

總之，該工作通過界面粘結策略，設計并實現了具有三維電子和離子導電網絡的集成鋰負極。該復合負極不僅能將交換電流密度提高到 36.8 mA cm^-2，還能作為鍍鋰的耐膨脹空間。同時，基于 PVDF-HFP 的聚合物電解質為集成負極提供了良好的鋰離子傳導途徑。基于此，鋰離子通量在整個三維電極內部分布均勻，從而在 15 mAh cm^-2 的高沉積條件下實現了均勻鋰沉積。

此外，剛性 LiB 骨架與柔性 PVDF-HFP 基聚合物電解質的耦合還能有效防止鋰負極在循環過程中粉化。基于集成鋰負極的 “NMC83 “鋰電池在 5 C 條件下表現出卓越的倍率能力，放電容量為 168.3 mAh g^-1，即使在 1 C 條件下循環 1000 次后仍能保持 76% 的初始容量。因此，該項研究凸顯了鋰負極界面重構的重要性，為鋰金屬電池的實際應用提供了一種新策略。

圖2. 電化學性能

Integrated anode with 3D electron/ion conductive network for stable lithium metal batteries, Energy Storage Materials 2024 DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103201

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