太阳集团app首页吳丁财教授課題組《Nat. Commun. 》：利用功能化多孔高分子隔膜顯著改善锂金屬電池的大電流循環穩定性和安全性
锂離子電池因其電壓高、能量密度大、無記憶效應等優勢在衆多領域得到廣泛應用；但其石墨負極材料的理論比容量僅為372 mAh g−1，難以滿足新技術飛速發展對高能量密度二次電池的重大需求。相比較而言，锂金屬具有比容量高（3860 mAh g−1）、化學電勢低以及密度低等優點，有望作為锂硫電池、锂空電池等下一代高性能锂電池的負極材料。
目前，多孔聚烯烴薄膜是锂金屬電池的常用隔膜。然而，锂金屬電極表面不可避免的突起使其表面锂離子流分布不均，容易導緻不可控的锂枝晶生長（圖1a），嚴重時會刺穿隔膜，導緻電池内部短路而引發燃燒爆炸，極大地限制了锂金屬電池的推廣應用。
最近，太阳集团app首页吳丁财教授課題組提出了一種利用功能化多孔聚烯烴隔膜改善锂金屬電池性能的新思路。首先，利用SI-ATRP 技術合成一種二維分子刷（氧化石墨烯表面接枝富含親锂基團的聚丙烯酰胺，GO-g-PAM）；然後，将GO-g-PAM簡單塗覆在多孔聚丙烯（PP）隔膜上，從而獲得一類二維分子刷功能化多孔雙層複合隔膜（GO-g-PAM@PP，圖1b）。GO-g-PAM@PP 的毛發狀PAM 分子鍊上的極性官能團可作為高效的親锂功能位點，促進锂離子在電極表面的分子水平均勻分布，從而實現锂金屬的均勻成核和沉積；二維分子刷相互堆疊形成的孔隙可以與極性官能團協同作用，通過電動效應促進锂離子的快速輸運；高強度的GO 骨架可以提高隔膜的機械強度。因此，利用GO-g-PAM@PP 作為隔膜的锂金屬電池即使在超大電流下（20 mA cm−2）仍具有優異的循環穩定性（>1900 h）。
圖1.（a）PP 作為隔膜時，锂金屬電極的凸起處電場強度高，锂離子容易在其附近聚集而形成锂枝晶；（b）GO-g-PAM@PP 作為隔膜時，GO-g-PAM 二維分子刷具有大量的親锂官能團，可在分子層面促進锂離子在電極表面的均勻分布，從而實現锂金屬的均勻成核和沉積
該論文以“Two-dimensional molecular brush-functionalized porous bilayer composite separators toward ultrastable high-current density lithium metal anodes”為題發表在Nature Communications期刊上（Nat. Commun. 2019, 10, 1363）。文章通訊作者為太阳集团app首页吳丁财教授，第一作者為李傳發和劉紹鴻。
論文鍊接：
