西安交大科研團(tuán)隊(duì)在鋰金屬負(fù)極保護(hù)研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

鋰金屬負(fù)極因具有超高的理論比容量（3860 mAh g-1）和極低的氧化還原電位（-3.04 V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極），被認(rèn)為是最有前途的下一代負(fù)極材料。其中具有微相分離結(jié)構(gòu)的聚合物人工固體電解質(zhì)界面（SEI）非常有希望解決鋰金屬電池中天然靜態(tài)SEI的不均勻性和連續(xù)開(kāi)裂問(wèn)題。然而由于結(jié)構(gòu)中軟相和硬相之間的相互干擾，以及聚合物與鋰金屬之間的反應(yīng)，導(dǎo)致該聚合物人工SEI難以兼顧均勻?qū)щ娦浴⒘W(xué)性能和界面穩(wěn)定性。

針對(duì)這一問(wèn)題，西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院丁書江團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)均勻離子導(dǎo)電性、出色力學(xué)性能和優(yōu)異界面穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)超分子離子導(dǎo)電聚氨酯脲界面層（DSIPI）。具有松散的Li+-O配位相互作用的軟相聚四氫呋喃主鏈負(fù)責(zé)均勻的Li+傳輸，同時(shí)硬相中的超分子六重氫鍵通過(guò)順序鍵合裂解來(lái)耗散應(yīng)變能，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的力學(xué)性能。此外，DSIPI中大量的TFSI-有助于在循環(huán)時(shí)原位構(gòu)建更加穩(wěn)定的聚合物—無(wú)機(jī)復(fù)合SEI。基于DSIPI保護(hù)的鋰金屬負(fù)極（DSIPI@Li）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)稱電池在20 mA cm-2的超高電流密度下具有超過(guò)4000小時(shí)的優(yōu)異循環(huán)能力，這一性能與同類研究比較處于領(lǐng)先水平。此外，DSIPI@Li能夠在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極負(fù)載量高和低N/P比的約束條件下穩(wěn)定運(yùn)行。這項(xiàng)工作為設(shè)計(jì)人工SEI和開(kāi)發(fā)高性能LMB提供了有前途的策略。

上述研究成果近期以《超韌的動(dòng)態(tài)超分子離子導(dǎo)電彈性體誘導(dǎo)均勻的鋰離子傳輸和穩(wěn)定界面確保無(wú)枝晶的鋰金屬負(fù)極》（Ultra-tough Dynamic Supramolecular Ion-conducting Elastomer Induced Uniform Li+Transport and Stabilizes Interphase Ensures Dendrite-free Lithium Metal Anodes）為題發(fā)表在國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上，西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院為第一通訊單位。該論文第一作者為西安交大碩士生劉洪，通訊作者為西安交大化學(xué)學(xué)院丁書江教授、于偉副教授。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助，論文的表征及測(cè)試得到了西安交通大學(xué)分析測(cè)試共享中心的支持。