由于金属锂的高理论容量和低电位，深入研究开发可实用金属锂负极不仅可以直接提升电池能量密度，还可启用大容量无锂正极材料的应用，如空气和硫正极等。目前金属锂负极的主要问题在宏观上表现为实际工作时库伦效率低、循环寿命短、安全性差，在微观上表现为“死锂”和“锂枝晶”的出现，这归因于金属锂的副反应和锂离子的不均匀不可控沉积。
针对金属锂沉积不均匀不可控的问题，国内外许多著名研究小组提出了多种在一定程度上行之有效的方法，西安交通大学韩晓刚教授也在这方面进行了有益探索。最近他提出了一种或许能令人萌生启发的解决方案。如图1所示，首先在洁净的铜集流体（Cu）上静电喷涂约2微米的聚酰亚胺（PI）纳米颗粒密堆层，然后在该PI密堆层上静电纺丝约1微米的聚丙烯腈（PAN）纳米纤维紧固层。设计PI密堆层从电解液中吸附锂离子直至饱和；沉积时，吸附的锂离子在电场作用下，顺势穿过PI颗粒间隙，均匀涌向下面的Cu集流体，得电子、成核、沉积；而PI层内的锂离子通过吸附从电解液得到补充。这样，锂离子经PI密堆层的诱导得到均匀稳定沉积。PAN紧固层是为了加强PI密堆层的牢固性，防止PI纳米颗粒散落。
图1. PAN/PI/Cu电极构造示意图
上述设计预期得到了实验验证。图2中曲线数据显示了PAN/PI/Cu与金属锂片组成对称电池（起始时一极无锂）的锂离子沉积/剥离的循环测试结果。可以看出，相对于裸铜电极以及只有PI纳米颗粒喷涂的Cu电极，设计电极在1 mA/cm2，1 mAh/cm2和2 mA/cm2，2 mAh/cm2都表现出了稳定的循环性。图2中扫描电子显微镜照片从微观上显示金属锂的均匀沉积形貌，以及剥离后清晰的电极结构。基于密度泛函理论的模拟计算也证实了PI对锂离子存在明显的吸附作用。
图2. 设计金属锂电极的沉积/剥离的循环性测试及其相应SEM图像
该工作发表在新一期的J. Mater. Chem. A，由西安交通大学韩晓刚教授课题组完成，第一和共同第一作者分别是助理研究员沈飞博士和硕士生王凯铭。
论文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/c9ta13678a#!divAbstract
相关进展
中南大学刘洪涛教授课题组在单锂离子导电的固态聚合物电解质研究方面取得新进展
浙江大学徐志康教授课题组：稳定的聚多巴胺涂层用于锂离子电池隔膜改性的研究
中科院大连化物所全固态柔性平面锂离子微型电容器研究取得新进展
高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多