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曹鵬飛/楊化濱AFM綜述：多孔聚合物作為鋰負(fù)極保護層的現(xiàn)狀及未來發(fā)展

鋰金屬電池（LMB）的實際應(yīng)用受到鋰枝晶生長和不穩(wěn)定的SEI層的嚴(yán)重阻礙，導(dǎo)致庫侖效率低和循環(huán)壽命短。多孔聚合物具有優(yōu)異的化學(xué)/電化學(xué)/機械穩(wěn)定性、高電流密度耐受性和低成本等優(yōu)勢，被認(rèn)為是鋰金屬保護層的候選材料。

在此，北京化工大學(xué)曹鵬飛教授、南開大學(xué)楊化濱研究員等人全面總結(jié)和討論了多孔聚合物穩(wěn)定鋰金屬電極的基本機制、設(shè)計原則、可擴展加工及在實用電池方面的最新進展。在鋰金屬電極上，多孔結(jié)構(gòu)中曲折的通道可大大減少鋰離子向負(fù)極移動的局部通量，有效延長鋰枝晶生長的物理路徑并防止電池短路。從實際應(yīng)用的角度來看，簡便且可擴展的制造方法和具有成本效益的前驅(qū)體對于降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)量也很重要。

作者總結(jié)了高性能多孔聚合物保護層的相關(guān)研究，根據(jù)成孔方法可將多孔聚合物分為以下4類：具有天然形成微孔的聚合物、具有人工孔的聚合物/聚合物纖維和模板衍生的多孔聚合物。其中，具有人造孔的聚合物/聚合物纖維由于其可調(diào)節(jié)的孔隙率、彎曲度、低成本和可擴展性，更有希望作為實用的保護層。

圖1. 多孔聚合物作為鋰金屬負(fù)極保護層的示意圖

最后，作者基于多孔聚合物的加工和對實際LMBs電池評估參數(shù)的總結(jié)研究，提出如下一些研究方向：

（1）開發(fā)具有成本效益和可擴展的多孔聚合物合成方法，特別是來自生物可再生資源的多孔聚合物；

（2）優(yōu)化商用電極的干燥方式，可顯著降低制造成本和能源消耗；

（3）減小薄膜厚度并開發(fā)新的制造方法以使超薄膜具有更高的機械性能；

（4）開發(fā)實現(xiàn)超薄鋰電極的新工藝可降低電池的總重量并提高能量密度；

（5）建立保護層評估的標(biāo)準(zhǔn)方法，從而直接比較實驗室性能和實際應(yīng)用；

（6）在貧電解液中評估保護層，電解液的用量在決定LMB的最終循環(huán)壽命方面起著重要作用；

（7）基于薄鋰金屬評估保護層，薄鋰金屬對于實際應(yīng)用更有意義，以減少文獻報道結(jié)果與實際條件下的性能之間的不一致。

圖2. 計算的電流密度作為正極質(zhì)量負(fù)載的函數(shù)

Are Porous Polymers Practical to Protect Li-Metal Anodes? – Current Strategies and Future Opportunities, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202202013

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