為了滿足可充電電池的能量密度要求，大量研究集中于高比容量電池體系，例如：硅、錫、鋰金屬、鋰硫電池等。鋰金屬由于其高的理論容量、低電化學(xué)電位是非常有前景的負極材料。然而，由于其安全性和效率的原因，其很難應(yīng)用于商業(yè)化的鋰電池中。在鋰金屬反復(fù)地沉積和溶解過程中，負極的表面不可避免地會發(fā)生鋰枝晶的生長，從而刺穿隔膜引起電池的內(nèi)短路。鋰枝晶和電解液界面高的比表面積會促進SEI 膜的不斷形成，導(dǎo)致內(nèi)阻增加引起庫倫效率的快速降低。
近日，CuiYi課題組開發(fā)一種新穎利用納米限域作用來控制鋰枝晶的方法，其可以控制鋰離子均勻地沉積、成核和生長。如圖所示，通過包覆一層具有垂直陣列的納米孔道聚合物，可以控制鋰均勻地沉積。這種高縱橫比的納米通道可以把負極分割成小的區(qū)域，鋰離子可以沿著其垂直方向而非水平方向生長。這樣可以控制鋰離子在每個通道上相對均勻地沉積、成核及生長，不會引起個別超長的枝晶生長。
同時由于其固定的孔結(jié)構(gòu)，可以有效地控制鋰沉積時所引起的體積膨脹。此外，多孔的聚合物膜可以和集流體緊密地接觸，避免沉積的鋰金屬的脫落。
除此之外，研究者提出還需要更多的研究致力于高電流密度和商業(yè)化的面容量下鋰金屬負極的穩(wěn)定循環(huán)，例如鋰空氣電池、鋰硫電池等下一代動力電池。這種納米尺寸垂直孔道的包覆方式可以較易地放大生產(chǎn)，為進一步的商業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
該成果最近刊登在知名刊物J. Am.Chem. Soc.上(DOI:: 10.1021/jacs.6b08730)，
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