抗静电剂改善锂金属负极

在锂金属电池中，隔膜将正极和锂金属负极物理隔开并提供锂离子在正负极间移动的通道，对调整锂离子传输有天然的优势。目前主流的聚烯烃材质隔膜（聚丙稀和聚乙烯）与电解液的润湿性较差，微孔结构空间分布不均，易造成锂离子的不均匀沉积和锂枝晶生长。这会加速电解液中锂盐的消耗以及锂金属负极的过早失效。尽管通过设计隔膜的孔道结构或使用微孔材料对隔膜表面进行涂覆改性有助于改善锂离子的传输，但其制备过程复杂耗时，过厚的涂层又会降低电池内部的空间利用。因此，亟需一种制备方法简便的隔膜以实现锂离子的有序传输和均匀沉积。

近日，哈尔滨工业大学韩杰才院士和何伟东教授团队首次将抗静电剂SN（十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐，SN）与PVDF-HFP基质结合，通过简便的涂覆方法制备出用于锂金属电池的PVDF-HFP/SN复合隔膜，并深入分析了SN分子在隔膜/电解液界面的结构特性和改善锂离子传输的作用机制。隔膜中SN分子的铵根提供了大量阴离子友好位点，可吸引电解液中的PF₆^-，形成SN-PF₆^-的亲锂基质，使Li⁺在SN-PF₆^--Li⁺结构中实现均匀分布和沉积，并进一步减少了锂盐的消耗，实现锂金属电池的稳定循环。该工作从功能隔膜设计角度为优化锂离子传输与沉积提供了新的研究思路。

通过简便的涂覆方法制备了PVDF-HFP/SN复合隔膜。理论计算分析证明，SN分子在隔膜/电解液界面会形成特殊的构型，即SN分子的烷基尾部固定在PVDF-HFP纤维上，而铵根头部倾向进入电解液体相优先吸附PF₆^-，形成SN-PF₆^-的亲锂基质。这种亲锂基质使Li⁺在SN-PF₆^--Li⁺结构中实现均匀分布，避免了枝晶形貌的形成，同时减缓了电解液中锂盐的损耗，电池循环寿命得以延长。同时，PVDF-HFP/SN复合隔膜的锂离子迁移数得到提高，增强了界面反应动力学，减小了电化学极化。这项研究为优化锂离子迁移的功能隔膜提供了新的研究策略，为新型隔膜的设计与制备注入了新的动力。

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