中國粉體網(wǎng)訊 隨著移動電子設(shè)備以及電動汽車的快速發(fā)展，研究并開發(fā)更高性能的鋰電池材料顯得尤為關(guān)鍵。金屬鋰擁有相當(dāng)高的理論容量（3860 mAh/g），這相當(dāng)于是現(xiàn)在商業(yè)化的鋰離子電池石墨負(fù)極的十倍，同時具有很低的密度（0.59 g/cm3）和最低的電化學(xué)反應(yīng)電位 (相對標(biāo)準(zhǔn)氫電位−3.040 V)，這些良好的特性使得金屬鋰負(fù)極成為極具前景的鋰電池負(fù)極材料。
然而，由于金屬鋰負(fù)極在電池循環(huán)過程中不均勻的沉積和剝離，會導(dǎo)致大量鋰枝晶的生成，帶來極大的安全隱患；此外金屬鋰負(fù)極在循環(huán)中與電解液的副反應(yīng)生成固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI），在循環(huán)中由于金屬鋰體積的無規(guī)則的巨大變化，導(dǎo)致SEI膜不斷的破裂與再生，從而消耗了大量的金屬鋰與電解液，降低了電池效率，縮短了循環(huán)壽命等這些問題成為了金屬鋰電池商業(yè)化道路上的巨大屏障。
針對這些問題，很多研究組提出了各種納米結(jié)構(gòu)的保護(hù)層來提高金屬鋰的循環(huán)性能，經(jīng)實驗證明其中一些保護(hù)層確實有效地抑制了枝晶鋰的生長且提高了其電化學(xué)性能，但是這些納米結(jié)構(gòu)的復(fù)雜合成工藝使得控制難度大，規(guī)�；a(chǎn)成本過高；一些保護(hù)層所使用的材料還具有較高化學(xué)活性，難以與不斷發(fā)展的新型電解液匹配使用。
基于此，南京大學(xué)朱嘉教授課題組首次提出了以廉價常見的聚二甲基硅氧烷（PDMS）為原料，通過簡便的旋涂和酸處理工藝制備多孔的PDMS 薄膜用于保護(hù)金屬鋰負(fù)極。這一基于PDMS薄膜的保護(hù)層具有幾個特點。 因為PDMS本身并不是一種鋰離子導(dǎo)體，所以通過酸處理得到的納米孔洞給鋰離子提供了通道；同時PDMS導(dǎo)電性很差，所以鋰并不會沉積在其表面，而是沉積在PDMS薄膜的下面，這樣PDMS就可以很好地充當(dāng)保護(hù)層作用，抑制鋰枝晶的生長；此外由于PDMS的彈性模量很高，使得其在鋰循環(huán)過程中不容易被破壞，提高了循環(huán)壽命；最后PDMS具有極好的化學(xué)惰性，與各種電解液都不發(fā)生副反應(yīng)，使得其可以與多種電解液兼容使用。
通過半電池電化學(xué)循環(huán)的測試，結(jié)果表明PDMS保護(hù)后的電極在普通的鋰離子電池電解液中， 經(jīng)過200次的循環(huán)庫侖效率一直穩(wěn)定在95%左右，相對于此前報道的同種條件下的測試結(jié)果有~10%的效率提升；而使用新型的電解液，效率可以穩(wěn)定高至98.5%；此外在以磷酸鐵鋰為正極的全電池測試中，經(jīng)過100圈的循環(huán)后磷酸鐵鋰的容量仍然保持在140 mAh/g 以上，庫倫效率維持在99.8%左右。
該工作提出了一種工藝簡單、具有成本優(yōu)勢的提高鋰負(fù)極性能的新方案，同時該保護(hù)層可以與不斷發(fā)展的新型電解液匹配使用，為未來更高性能的鋰電池體系發(fā)展提供了更多可能。
