刘杰/姚会军 AEM: 面向无枝晶锂金属负极的具有垂直排列的均匀电负性纳米通道的离子管理膜

锂（Li）金属阳极因其显著的理论比容量和低电化学电位而受到持续关注。然而，锂枝晶在循环过程中的成核和生长阻碍了它们在锂金属电池（LMB）中的应用。作为不可或缺的电池组件，隔膜为减少锂枝晶提供了一个理想的平台。本文提出了一种离子管理膜（IMM）概念，利用聚多巴胺（PDA）改性聚醚酰亚胺轨道蚀刻膜（PEITEM）。基于PDA@PEITEM的离子管理膜具有垂直排列的均匀负电性纳米通道，可作为离子分配器和 “锂离子导向器”，同时平滑离子浓度波动并加速Li+的选择性传导。IMM独特的结构和化学特性可产生优异的离子传导性（0.73 mS cm-1）和较高的Li+ 转移数（0.80），同时将Li+ 浓度波动降至最低。在锂/铜电池中使用IMM时，在0.5 mA cm-2下循环 100 次，库仑效率超过96%。此外，在1.0 mA cm-2条件下，它还能将锂/锂电池的循环寿命延长至1200 小时。对于Li/LiFePO4电池，这种方法可使比容量达到146 mAh g-1，在1 000 次循环后保持79.84%的容量。这种构建独立功能隔膜的新策略方便、高效、可扩展，为无枝晶LMBs的多功能隔膜提供了有价值的见解。

图文简介

使用 a) PPS 和 b) IMM 的锂金属阳极的离子传输和枝晶生长行为示意图。紫色和蓝色虚线圆圈突出显示了不同位置通道下方的离子分布特征。

IMM的制备及孔结构表征

IMMs的通道结构特性和整体物理特性

锂离子通量由 IMM 均化。不同纳米通道结构下锂离子的分布：a) 相同通道长度但通道宽度不均匀；b) 不同通道长度但通道宽度均匀；c) 通道长度和宽度均匀。分别使用 e) PPS 和 f) IMM 循环后锂金属阳极的SEM图像。电池在0.25 mA cm-2下循环4小时。

通过IMM增强Li离子的选择性传输

Li/Cu和Li/Li电池的循环稳定性

论文信息

通讯作者： Jie Liu, Huijun Yao