鋰金屬負(fù)極（LMA）是下一代高能量電池的關(guān)鍵，它的比容量高達(dá) 3860 mAh g^-1，與標(biāo)準(zhǔn)氫電極相比，電勢低至 -3.04 V。這些特性使得鋰金屬電池（LMBs）在與氧氣或硫等高容量正極配對時(shí)，能量密度可達(dá)到 500 Wh kg^-1，大大超過目前領(lǐng)先的鋰離子電池。然而，在循環(huán)過程中，固有的 SEI 會因電極體積膨脹而破裂，從而形成鋰枝晶成核的 “熱點(diǎn)”。這種固有的不穩(wěn)定性凸顯了一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，要想充分發(fā)揮 LMA 在高能量密度電池系統(tǒng)中的潛力，就必須解決這個(gè)問題。

在此，西北工業(yè)大學(xué)黃維教授、艾偉教授團(tuán)隊(duì)采用聯(lián)合電紡絲-軋制技術(shù)開發(fā)了一種可持續(xù)的雙層界面（SDI）保護(hù)鋰負(fù)極。在這種 SDI 中，聚丙烯腈（PAN）納米纖維可使整個(gè)電解質(zhì)中的鋰離子通量均勻化，并緩解電極體積膨脹。

更重要的是，親鋰金屬離子的持續(xù)釋放有助于在原位構(gòu)建合金相，從而促進(jìn)鋰離子傳輸和鋰的均勻沉積。在 SDI 薄膜的動(dòng)態(tài)保護(hù)下，合金層上的裂紋可在循環(huán)過程中及時(shí)修復(fù)，從而確保電解質(zhì)-負(fù)極界面的有效控制和鋰金屬膜的長期穩(wěn)定。

經(jīng)過驗(yàn)證，使用 PAN/SnCl₂ 薄膜作為 SDI 原型，對稱電池在 5 mA cm^-2 和 5 mAh cm^-2 的條件下實(shí)現(xiàn)了 5200 小時(shí)（≈7 個(gè)月）的超長循環(huán)。與硫正極（在醚電解質(zhì)中）或 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ 正極（在酯電解質(zhì)中）配對時(shí)，全電池表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性和倍率性能。

圖1. 雙層界面的制備及形貌表征

總之，該工作為實(shí)現(xiàn) LMA 的持久穩(wěn)定性提出了一種由電紡納米纖維層和原位 LixM 合金界面組成的 SDI 層。在長期鋰循環(huán)過程中，上層聚合物納米纖維層有助于鋰離子在電極表面均勻分布。此外，它還能持續(xù)提供金屬離子，為下層的鋰-M 合金中界面提供支持，而下層的鋰-M 合金界面具有優(yōu)異的親鋰性和快速離子傳輸特性。

此外，由此產(chǎn)生的合金界面通過分散鋰金屬表面的局部電流密度，確保了均勻的鋰成核和沉積。優(yōu)化后的 PAN/SnCl₂-Li 負(fù)極具有 45 mV 的低成核過電位、99.52% 的高平均 CE 、超過 5200 h（≈7 個(gè)月）的超長循環(huán)壽命、5 mA cm^-2 的高電流密度和 5 mAh cm^-2 的高面積容量。因此，該種界面設(shè)計(jì)不僅有助于加深對穩(wěn)定電解質(zhì)負(fù)極界面的理解，而且可推動(dòng)高性能 LMB 的商業(yè)化發(fā)展。

圖2.電池性能

Sustainable Dual-Layered Interface for Long-Lasting Stabilization of Lithium Metal Anodes， Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302695