中國粉體網(wǎng)訊 隨著移動電子設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鍵。金屬鋰擁有相當高的理論容量（3860 mAh/g），這相當于是現(xiàn)在商業(yè)化的鋰離子電池石墨負極的十倍，同時具有很低的密度（0.59 g/cm3）和最低的電化學反應電位 (相對標準氫電位−3.040 V)，這些良好的特性使得金屬鋰負極成為極具前景的鋰電池負極材料。
然而，由于金屬鋰負極在電池循環(huán)過程中不均勻的沉積和剝離，會導致大量鋰枝晶的生成，帶來極大的安全隱患；此外金屬鋰負極在循環(huán)中與電解液的副反應生成固態(tài)電解質界面（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構的保護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層確實有效地抑制了枝晶鋰的生長且提高了其電化學性能，但是這些納米結構的復雜合成工藝使得控制難度大，規(guī)�；a(chǎn)成本過高；一些保護層所使用的材料還具有較高化學活性，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 薄膜用于保護金屬鋰負極。這一基于PDMS薄膜的保護層具有幾個特點。 因為PDMS本身并不是一種鋰離子導體，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就可以很好地充當保護層作用，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具有極好的化學惰性，與各種電解液都不發(fā)生副反應，使得其可以與多種電解液兼容使用。
通過半電池電化學循環(huán)的測試，結果表明PDMS保護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)勢的提高鋰負極性能的新方案，同時該保護層可以與不斷發(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。
