AEM：具有仿生离子通道的稳固人工固体电解质界面助力无枝晶锂金属负极

Nanoyu

2020-12-31

锂（Li）金属因其高理论容量（3860mAh g−1）和最低电化学电位（−3.04 V）而被认为是下一代最理想的电池技术之一。不幸的是，这种高活性的锂金属可以与任何有机电解液反应，导致形成易碎且不均匀的固体电解质界面（SEI）。

近日，华东理工大学李永生教授，石河子大学代斌教授，南昌大学孙福根助理研究员报道了将ClO₄⁻修饰的金属有机骨架（UiO-66-ClO₄）和柔性锂化Nafion粘结剂（Li-Nafion）结合，合理设计并制备了一种具有仿生离子通道和高稳定性的坚固人工固体电解质界面（SEI）膜。

文章要点

1）化学锚定在UIO-66通道上的ClO₄⁻基团具有很高的电负性和亲锂活性，使SEI膜具有良好的单离子传导途径、高Li⁺迁移数和优异的离子导电性，可以有效地阻止锂金属与电解液的不良反应，调节快速而均匀的Li⁺通量。在柔性Li-Nafion粘结剂的进一步辅助下，制备的UiO-66-ClO₄/Li-Nafion（UCLN）复合膜表现出优异的机械强度，能够抑制锂枝晶生长，并在循环过程中保持Li金属负极的整体稳定性。

2）实验结果显示，即使在20 mA cm⁻²的高电流密度和30 mAh cm⁻²的高面容量下，UCLN涂层的锂金属负极（Li@UCLN）也具有出色的循环稳定性，更重要的是，采用Li@UCLN电极的全电池即使在恶劣的条件下也具有优异的倍率容量和循环稳定性，进一步展示了仿生人造SEI膜在高能锂金属电池锂金属负极的应用潜力。

参考文献

Guangyu Jiang, et al, Robust Artificial Solid-Electrolyte Interfaces with Biomimetic Ionic Channels for Dendrite-Free Li Metal Anodes, Adv. Energy Mater. 2020

DOI: 10.1002/aenm.202003496

https://doi.org/10.1002/aenm.202003496