孙福根副研究员/代斌教授&李永生教授AEM：具有仿生单离子通道的坚实耐用人工SEI膜，保护高容量锂金属负极- 大数跨境

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孙福根副研究员/代斌教授&李永生教授AEM：具有仿生单离子通道的坚实耐用人工SEI膜，保护高容量锂金属负极

科学材料站

2021-01-07

导读：这项工作受启发于生物真核细胞膜的K+/Na+离子通道，用高氯酸根ClO4-阴离子化UiO-66的离子通道，并将其与Li-Nafion粘合剂混合，均匀喷涂在锂金属负极表面,以抑制锂枝晶的不均匀沉积和生长

文章信息

具有仿生单离子通道的坚实耐用人工SEI膜，保护高容量锂金属负极

第一作者：姜广宇

通讯作者：孙福根*，代斌*，李永生*

单位：南昌大学，石河子大学，华东理工大学

研究背景

锂金属负极，因其极高的理论比容量 (3 860 mAh g-1) 和最低的工作电势（-3.04 V vs H+/H2），被称为锂二次电池的“圣杯”负极。

然而，目前锂金属负极的应用存在几个明显的缺陷问题：

（1）负极锂金属的电沉积过程在热力学上倾向生成枝晶状锂，同时其表面电场的不均分布，加剧了锂离子的非均匀沉积和锂枝晶的无序生长；

（2）大量锂枝晶的生长，容易刺穿隔膜，造成电池内部短路和安全问题[8-9]；

（3）锂负极的以上巨大体积变化，使得SEI膜无法稳定覆盖其表面，导致SEI膜持续形成、电解液被不断消耗殆尽，电池库伦效率和循环寿命降低，从而阻碍了锂金属电池（包括全固态锂金属、锂硫和锂空电池等）的产业化应用。

文章简介

近日，南昌大学孙福根副研究员与石河子大学代斌教授，华东理工大学李永生教授合作在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表题为“Robust Artificial Solid‐Electrolyte Interfaces with Biomimetic Ionic Channels for Dendrite‐Free Li Metal Anodes”的研究工作。

这项工作受启发于生物真核细胞膜的K+/Na+离子通道，用高氯酸根ClO4-阴离子化UiO-66的离子通道，并将其与Li-Nafion粘合剂混合，均匀喷涂在锂金属负极表面，人工仿生构建一种具有单Li+离子扩散通道的高稳定SEI膜，以抑制锂枝晶的不均匀沉积和生长、保护高容量的锂金属负极。

本文要点

要点一：采用电负性和亲锂性ClO4-基团阴离子化UiO-66离子通道，使得人工SEI膜（UCLN）具有优异的单Li+离子传导特性，确保快速均匀的Li+扩散，并有效阻隔锂金属与电解液的副反应发生。

要点二：人工仿生UCLN膜优异的机械韧性和单Li+离子传导性，可以高效抑制锂金属负极表面的锂枝晶不均匀沉积和生长，保护锂金属负极整体结构稳定。

要点三：UCLN膜保护的Li金属负极（Li@UCLN）具有出色的倍率性能，即使在50um超薄金属锂带和贫电解液等接近实际应用的条件下，也表现出很好的循环稳定性。

文章链接

Robust Artificial Solid‐Electrolyte Interfaces with Biomimetic Ionic Channels for Dendrite‐Free Li Metal Anodes

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

通讯作者介绍

孙福根，南昌大学光伏研究院，副研究员

一直从事高比能锂硫二次电池关键材料和器件的基础应用和产业化研究工作。作为项目负责人主持了国家自然科学基金2项、中央引导地方科技发展专项-国家优青培育项目、江西省自然科学基金项目、上海市青年科技英才扬帆计划项目和中国博士后科学基金项目等；以第一和通讯作者身份在学术期刊上发表SCI一区论文十余篇，包括：ACS Nano，ACS Catalysis和Energy Storage Materials等。

代斌，教授，博士生导师，国务院特殊津贴专家

国家“万人计划”科技领军人才，科技部“创新人才推进计划”中青年科技领军人才，国家百千万人才工程人选，有突出贡献中青年专家，教育部新世纪优秀人才。曾任石河子大学化学化工学院副院长、石河子大学副校长。

李永生，教授，博士生导师

2010年入选教育部新世纪优秀人才支持计划、2011年入选上海市曙光学者计划。现担任华东理工大学国际合作与交流处处长，曾担任华东理工大学材料学院副院长，负责学院研究生教育工作。研究工作主要包括多功能复合纳米材料的制备及生物医药应用，介孔基复合材料、新型功能化介孔材料的合成及在药物贮藏与释放、催化等方面的应用研究。已在国内外SCI学术刊物发表论文近70篇，他人引用1800余次，其中以第一或通讯作者J. Am. Chem. Soc., Nano Letters, Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Biomaterials 等杂志上发表论文近50篇、单篇最高引用200余次，在站博士后期间，曾分获国家博士后工作奖励基金和香港王宽诚博士后工作奖励基金（2001年）各一项。作为项目负责人，承担（完成）的科研项目包括国家自然基金青年基金、面上项目、国家重大基础研究计划子课题、教育部新世纪优秀人才支持计划项目、上海市曙光学者项目、上海市教委科研创新重点项目、上海市自然科学基金及教育部留学归国基金等项目。