20000次！锂电池性能再破纪录 新型涂层助力突破两大瓶颈

众所周知，锂离子电池凭借着其出色的能量密度在当代社会上被广泛使用，尽管它在循环使用的过程中容易生成枝晶以及SEI膜，进而使电池性能受损、失效甚至有起火风险，但至今还没有一种完美的新技术能将其取而代之。

一直以来，科学家们也是竭尽所能地寻找新方法来攻克这些瓶颈。据报道，美国阿肯色大学（the University of Arkansas）的研究人员近期开发了一种新型的含锂交联聚合物材料。这种新材料名为LiGL（GL=丙三醇/甘油），有助于解决上述商用锂金属负极存在的两个问题。

据称，这种LiGL聚合物膜具有优异的性能，能有效防止锂金属阳极的枝晶生长和SEI膜形成，实现锂电极长期稳定的循环性能。这项研究成果已于近期发表在了《能源材料进展》（Energy Material Advances）杂志上。

迄今为止，已经报道了多种技术策略来解决锂负极的问题，例如三维（3D）锂承载框架、电解质添加剂、固态电解质和表面涂层。“在这些努力中，表面涂层仍然是一种简便有效的途径，”该研究论文通讯作者、阿肯色大学机械工程系教授Xiangbo Meng说。

“分子层沉积（MLD）最近已经成为一个新的研究方向，于2018年首次实践，”Meng说，“这些通过MLD精确合成的聚合物薄膜，比无机薄膜有更好的柔韧性，有助于提供更好的保护效果，从而提高锂金属负极的性能。”

Meng和他的团队已经开发了三种锂离子聚合物MLD工艺，并研究了这些聚合物薄膜涂层的保护作用，试图实现长期稳定的循环性能，并且几乎不会形成锂枝晶和锂电极的 SEI。

“在这项工作中，我们首次开发了一种新型的含锂交联聚合物材料，一种能够对锂金属阳极产生优异保护效果的锂酮，”孟说。“我们发现，LiGL锂酮可以作为一种特殊的聚合物保护膜覆盖在锂金属阳极上。”

据他介绍，这种LiGL MLD对锂电极显示出出色的保护效果，即显着抑制锂枝晶并减少SEI形成。计算模拟和实验还显示，该MLD LiGL膜是电绝缘性和离子导电的。

在他们的研究中，实验数据表明，涂覆LiGL锂酮的锂电极具有优异的循环稳定性。在电流密度为5 mA/cm2，面积容量为1 mAh/cm2的条件下，Li/Li对称电芯中的锂剥离或电镀循环次数可达到13600次以上，而不出现故障。

目前，更新结果显示，无故障循环能力已增长至20000多次锂剥离/电镀循环（超过1万小时或一年以上）。据了解，这是迄今报道过的最好的循环性能。因此，MLD LiGL技术为解决锂负极问题铺设了技术途径。

“LiGL涂层的性能，如机械性能和导电性，是它们对锂金属电极的出色保护作用的基础，”Meng说：“我们开发的这种新型LiGL代表了对锂负极现有问题的简便有效的解决方案，并可能为锂金属电池铺平了技术上可行的路线。”

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