阿肯色大学开发新型含锂聚合物材料 提高锂金属负极性能

据外媒报道，阿肯色大学（At the University of Arkansas）的研究人员开发了一种创新含锂交联聚合物材料。这种新材料名为LiGL（GL=丙三醇），有助于解决商用锂金属负极存在的两个问题。

（图片来源：techxplore）

这种LiGL聚合物薄膜性能优异，能够有效保护锂金属负极免受形成SEI和枝晶生长的影响，使锂电极长期保持稳定的循环性能。

目前已有一系列技术方法可以缓解锂负极所面临的问题，如三维锂载体框架、固态电解质、电解质添加剂和表面涂层。阿肯色大学的教授Xiangbo Meng表示：“在这些方法中，表面涂层仍是一种简便有效的途径。作为最近出现的新研究方向，通过分子层沉积（MLD）精确合成的聚合物薄膜，比无机薄膜具有更好的柔韧性，有助于提供更好的保护效果，改良锂金属负极的性能。”

该研究团队提出了三种锂酮（lithicones）的MLD工艺，并研究此类聚合物薄膜涂层的保护作用。研究人员尝试，通过减少形成SEI和锂电极上的锂枝晶，提供长期稳定的循环性。在这项工作中，研究人员首次开发了一种新型的含锂交联聚合物材料，这种锂酮（lithicone）对锂金属负极能起到优异的保护效果。研究人员发现，LiGL锂酮可以作为一种特殊的聚合物保护膜，覆盖在锂金属负极上。

研究人员认为，这种LiGL MLD表现出~2.7 nm/cycle的平均生长速度（growth per cycle，GPC），并对Li电极表现出显著的保护作用，即有效抑制锂枝晶，并防止形成SEI。计算模拟和实验表明，MLD LiGL薄膜具有离子导电性和电绝缘性。实验数据表明，涂覆LiGL锂酮的锂电极具有优异的循环稳定性。在电流密度为5 mA/cm2，面积容量为 1 mAh/cm2的条件下，Li/Li对称电芯中的锂剥离或电镀循环次数可达到13600次以上，同时不出现故障。

目前，更新结果显示，无故障循环能力已增长至20000多次锂剥离/电镀循环（超过1万小时或一年以上）。据了解，这是迄今报道过的最好的循环性能。因此，MLD LiGL技术为解决锂负极问题铺设了技术途径。

LiGL涂层的机械性能和导电性，是其对锂金属电极起到良好保护作用的基础。这种新型LiGL为锂负极存在的问题提供了简便而有效的解决方案，并有望为开发锂金属电池铺设一条技术上可行的道路。