山东大学冯金奎教授，CEJ最新成果：复合隔膜构筑自修复的富LiF界面抑制锂枝晶

复合隔膜构筑自修复的富LiF界面抑制锂枝晶

第一作者：谭利文

通讯作者：冯金奎*

单位：山东大学

锂金属电池相对于传统的锂离子电池具有更高的能量密度，被认为是非常具有前景的下一代储能体系。然而，锂金属负极在电池充放电过程中的枝晶的不可控生长，会导致锂金属电池循环寿命衰减，并可能引起电解液燃烧甚至电池爆炸等严重安全事故。因此，解决枝晶问题是实现锂金属电池实际应用的关键。

本篇文章中，作者利用隔膜工程，通过在锂金属负极表面原位构筑自修复功能界面层，实现对锂枝晶的抑制，稳定锂金属负极。本文提出了一种抑制锂枝晶的新方法，为锂金属电池的研究提供了新思路，有助于加速锂金属电池的实际应用，并且这种方法可以推广到钠、钾等其它碱金属电池体系中。

在这里，来自山东大学的冯金奎教授，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“LiF-rich and self-repairing interface induced by MgF₂ engineered separator enables dendrite-free lithium metal batteries”的研究文章。

该文章利用涂覆MgF₂的复合隔膜在锂金属负极表面构筑了富LiF的连续界面层，能够很好的保护锂金属负极，均匀锂离子流，降低成核能，实现无枝晶锂沉积，提高了锂金属负极稳定性，而且在电解液中具有低溶解度的MgF₂赋予了界面层自修复能力，使其能够更好的适应充放电过程中负极巨大的体积变化。文章的第一作者为博士后谭利文。

要点一：复合隔膜的制备

在商业化PE隔膜表面利用简单刮涂法涂覆MgF₂制备了符合隔膜，复合隔膜具有优异的电解液润湿性。高强度的MgF₂能够提高隔膜强度，抵御枝晶穿刺。MgF₂的热稳定性则提高了复合隔膜的抗热收缩能力，防止高温时正负极直接接触短路，增加了锂金属电池的高温安全性。

要点二：连续富LiF界面的形成

MgF₂在醚类和酯类电解液中均具有一定的溶解度，当复合隔膜的MgF₂涂层与锂金属负极直接接触时，MgF₂颗粒与锂金属间的自发反应MgF₂ + 2Li → Mg + 2LiF，在锂金属表面构筑了一层LiF和Mg组成的界面层。

在未直接接触区域，溶解的MgF₂同样与锂金属在负极/电解液界面发生自发反应，生成LiF和Mg的界面层。所以，采用复合隔膜的锂金属电池能够在锂金属负极表面原位形成一层富LiF的连续界面层。更重要的是，溶解的MgF₂能够修补富LiF界面层在电池长时间充/放电过程中，由于负极体积的巨大变化而出现的微小裂缝，使LiF界面层具有自修复功能。

采用复合隔膜后在锂金属表面原位形成的富LiF界面由LiF和Mg构成，其中宽带系绝缘、低表面扩散能的LiF能够防止电子隧穿通过界面层，促进锂离子的表面扩散，而高亲锂的Mg原子则能够降低锂沉积成核能，促进均匀锂沉积。因此，采用复合隔膜的锂金属负极显示出无枝晶的锂沉积形貌，醚基和酯基电解液中锂金属电池的电化学性能均得到增强。

LiF-rich and self-repairing interface induced by MgF₂ engineered separator enables dendrite-free lithium metal batteries 

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136243

冯金奎 教授    山东大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，国家高层次青年人才入选者，山东省泰山学者青年专家，山东省杰青，钱逸泰院士团队成员，主要研究方向，二次电池关键材料。

近五年以通讯作者在Energy Environ. Sci.(2)、ACS Nano (7)、Adv. Energy Mater.、 Adv. Funct. Mater (3) 、Energy Storage Mater (4)、Nano Today、 Nano Energy (2)等期刊发表sci论文80余篇,其中if>10的30余篇。正面他引超过8000次，高被引论文16篇。课题组常年招聘博士后。

谭利文 博士    山东大学材料科学与工程学院博士后，研究方向为新型高性能二次电池隔膜的设计、制备及性能研究；商业化隔膜的功能化改性及机理研究；高安全和高能量密度电极材料的可控制备及性能与机理研究。

近期研究发表在Small (10.1002/smll.202007717)、Chem. Engineer. J. (10.1016/j.cej.2022.136243; 10.1016/j.cej.2021.134277)、J. Energy Chem. (10.1016/j.jechem.2022.01.024)、ACS Appl. Mater. Inter. (10.1021/acsami.0c10630) 等国际期刊上。