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鋰（Li）金屬負極具有理論容量高、氧化還原電位低等優點，在下一代電池中具有廣闊的應用前景。然而，循環過程中鋰枝晶的生長給鋰金屬負極的實際應用帶來了巨大的安全問題。

在此，中科院深圳先進技術研究院唐永炳、周小龍、鄭勇平等人報道了一種通過用超強類金剛石碳 (DLC) 薄層涂覆聚丙烯 (PP) 隔膜來抑制鋰枝晶生長的有效方法。

理論計算表明，DLC涂層一旦與鋰金屬負極組裝，就會進行原位化學鋰化，將 DLC/PP隔膜轉化為優異的3D鋰離子導體。這種原位鋰化的DLC/PP 隔膜不僅可以通過其固有的高楊氏模量（≈100 GPa）抑制鋰枝晶生長，而且還可以均勻地重新分布鋰離子以實現無枝晶的鋰沉積。

圖1. 基于原始PP和DLC/PP 隔膜的鋰金屬電池中鋰枝晶生長的示意圖

DLC/PP隔膜的雙重作用使Li||Li對稱電池實現了在3 mA cm^-2的高電流密度下鋰電鍍/剝離（超過4500小時）的穩定循環，基于該隔膜的Li||LiFePO₄紐扣電池可以在5C下實現超過1000次穩定循環，容量保持率約為71%。

即使在高正極活性質量負載（≈9 mg cm^-2）的情況下，基于該隔膜的Li||LiNi_0.5Co_0.3Mn_0.2O₂軟包電池仍能在0.2 C條件下穩定循環超200次。

圖2. Li||LiFePO₄全電池的電化學性能

In Situ Chemical Lithiation Transforms Diamond-Like Carbon into an Ultrastrong Ion Conductor for Dendrite-Free Lithium-Metal Anodes, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202100793

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唐永炳/周小龍/鄭勇平等AM: 超強離子導體實現鋰金屬負極無枝晶

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