稳定的锂金属负极：通过纳米孔道限制锂离子均匀分布

为了满足可充电电池的能量密度要求，大量研究集中于高比容量电池体系，例如：硅、锡、锂金属、锂硫电池等。锂金属由于其高的理论容量、低电化学电位是非常有前景的负极材料。

然而，由于其安全性和效率的原因，其很难应用于商业化的锂离子电池中。在锂金属反复地沉积和溶解过程中，负极的表面不可防止地会发生锂枝晶的生长，从而刺穿隔膜引起电池的内短路。锂枝晶和电解液界面高的比表面积会促进SEI膜的不断形成，导致内阻新增引起库伦效率的快速降低。

近日，CuiYi课题组开发一种新颖利用纳米限域用途来控制锂枝晶的方法，其可以控制锂离子均匀地沉积、成核和生长。如图所示，通过包覆一层具有垂直阵列的纳米孔道聚合物，可以控制锂均匀地沉积。这种高纵横比的纳米通道可以把负极分割成小的区域，锂离子可以沿着其垂直方向而非水平方向生长。这样可以控制锂离子在每个通道上相对均匀地沉积、成核及生长，不会引起个别超长的枝晶生长。

同时由于其固定的孔结构，可以有效地控制锂沉积时所引起的体积膨胀。此外，多孔的聚合物膜可以和集流体紧密地接触，防止沉积的锂金属的脱落。

除此之外，研究者提出还要更多的研究致力于高电流密度和商业化的面容量下锂金属负极的稳定循环，例如锂空气电池、锂硫电池等下一代动力锂电池。这种纳米尺寸垂直孔道的包覆方式可以较易地放大生产，为进一步的商业化应用奠定了基础。

该成果最近刊登在知名刊物J.Am.Chem.Soc.上(DOI::10.1021/jacs.6b08730)。