南昌大學孫福根&石河子大學代斌&華東理工大學李永生Adv. Energy Mater.：具有仿生單離子通道的堅實耐用人工SEI膜，保護高容量鋰金屬負極

First published: December?30, 2020

第一作者（中文名）：姜廣宇

通訊作者（中文名）：孫福根*，代斌*，李永生*

單位：南昌大學，石河子大學，華東理工大學

【研究背景】

鋰金屬負極，因其極高的理論比容量?(3 860 mAh g-1) 和最低的工作電勢（-3.04 V vs H+/H2），被稱為鋰二次電池的“圣杯”負極。然而，目前鋰金屬負極的應用存在幾個明顯的缺陷問題：（1）負極鋰金屬的電沉積過程在熱力學上傾向生成枝晶狀鋰，同時其表面電場的不均分布，加劇了鋰離子的非均勻沉積和鋰枝晶的無序生長；（2）大量鋰枝晶的生長，容易刺穿隔膜，造成電池內部短路和安全問題[8-9]；（3）鋰負極的以上巨大體積變化，使得SEI膜無法穩定覆蓋其表面，導致SEI膜持續形成、電解液被不斷消耗殆盡，電池庫倫效率和循環壽命降低，從而阻礙了鋰金屬電池（包括全固態鋰金屬、鋰硫和鋰空電池等）的產業化應用。

【文章簡介】

近日，南昌大學孫福根副研究員與石河子大學代斌教授，華東理工大學李永生教授合作。在國際頂級期刊Advanced Energy Materials上發表題為“Robust Artificial Solid‐Electrolyte Interfaces with Biomimetic Ionic Channels for Dendrite‐Free Li Metal Anodes”的研究工作。這項工作受啟發于生物真核細胞膜的K+/Na+離子通道，用高氯酸根ClO₄^-陰離子化UiO-66的離子通道，并將其與Li-Nafion粘合劑混合，均勻噴涂在鋰金屬負極表面，人工仿生構建一種具有單Li⁺離子擴散通道的高穩定SEI膜，以抑制鋰枝晶的不均勻沉積和生長、保護高容量的鋰金屬負極。

【本文要點】

要點一：采用電負性和親鋰性ClO₄^-基團陰離子化UiO-66離子通道，使得人工SEI膜（UCLN）具有優異的單Li⁺離子傳導特性，確保快速均勻的Li⁺擴散，并有效阻隔鋰金屬與電解液的副反應發生。

要點二：人工仿生UCLN膜優異的機械韌性和單Li⁺離子傳導性，可以高效抑制鋰金屬負極表面的鋰枝晶不均勻沉積和生長，保護鋰金屬負極整體結構穩定。

要點三：UCLN膜保護的Li金屬負極（Li@UCLN）具有出色的倍率性能，即使在50um超薄金屬鋰帶和貧電解液等接近實際應用的條件下，也表現出很好的循環穩定性。

【文章鏈接】

Robust Artificial Solid‐Electrolyte Interfaces with Biomimetic Ionic Channels for Dendrite‐Free Li Metal Anodes

https://doi.org/10.1002/aenm.202003496

【通訊作者介紹】

孫福根，南昌大學光伏研究院，副研究員，一直從事高比能鋰硫二次電池關鍵材料和器件的基礎應用和產業化研究工作。作為項目負責人主持了國家自然科學基金2項、中央引導地方科技發展專項-國家優青培育項目、江西省自然科學基金項目、上海市青年科技英才揚帆計劃項目和中國博士后科學基金項目等；以第一和通訊作者身份在學術期刊上發表SCI一區論文十余篇，包括：ACS Nano，ACS Catalysis和Energy Storage Materials等。

代斌，教授，博士生導師，國務院特殊津貼專家，國家“萬人計劃”科技領軍人才，科技部“創新人才推進計劃”中青年科技領軍人才，國家百千萬人才工程人選，有突出貢獻中青年專家，教育部新世紀優秀人才。曾任石河子大學化學化工學院副院長、石河子大學副校長。

李永生，教授，博士生導師。2010年入選教育部新世紀優秀人才支持計劃、2011年入選上海市曙光學者計劃。現擔任華東理工大學國際合作與交流處處長，曾擔任華東理工大學材料學院副院長，負責學院研究生教育工作。研究工作主要包括多功能復合納米材料的制備及生物醫藥應用，介孔基復合材料、新型功能化介孔材料的合成及在藥物貯藏與釋放、催化等方面的應用研究。已在國內外SCI學術刊物發表論文近70篇，他人引用1800余次，其中以第一或通訊作者J. Am. Chem. Soc., Nano Letters, Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Biomaterials 等雜志上發表論文近50篇、單篇最高引用200余次，在站博士后期間，曾分獲國家博士后工作獎勵基金和香港王寬誠博士后工作獎勵基金（2001年）各一項。作為項目負責人，承擔（完成）的科研項目包括國家自然基金青年基金、面上項目、國家重大基礎研究計劃子課題、教育部新世紀優秀人才支持計劃項目、上海市曙光學者項目、上海市教委科研創新重點項目、上海市自然科學基金及教育部留學歸國基金等項目。

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