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鋰金屬負極上的鋰化 Nafion （ Li+-Nafion ）薄涂層已被證明能夠抑制鋰枝晶生長。然而，鋰金屬在空氣中穩(wěn)定性差、與水反應性強等缺點給涂層制備帶來了不便。為了解決這個問題，哈工大方海濤教授團隊通過超聲波噴涂方法制備了高度均勻的Li+-Nafion薄涂層聚丙烯（PP）集流體 ，在電池中， Li+-Nafion 薄涂層與鋰金屬負極接觸，充當負極的人工固態(tài)電解質界面（ SEI ）膜。

在噴涂的Li+-Nafion水溶液中添加N，N-二甲基甲酰胺對于沉積厚度均勻（0.8μm）的Li+-Nafion涂層至關重要，由于噴涂的Li+-Nafion溶液與聚丙烯集流體的潤濕性得到了改善。均勻的Li+-Nafion涂層顯著地將聚丙烯集流體的Li+轉移數(shù)（tLi+）從0.34增加到0.76，改進的tLi+和Li+-Nafion涂層的高度均勻性使聚丙烯集流體能夠抑制鋰枝晶生長，從而提高鋰硫電池的循環(huán)性能。 這項工作不僅為 Nafion 基人工 SEI 膜的制備提供了一種簡單有效的方法，而且為在鋰金屬負極上引入各種人工 SEI 膜提供了一條新的途徑， 以實現(xiàn)長壽命和安全的鋰金屬電池。相關成果以 “Highlyuniform lithiated nafion thin coating on separator as an artificial SEI layer of lithium metal anode toward suppressed dendrite growth” 發(fā)表在 Electrochimica Acta 上。

鋰金屬電極由于其高理論比容量（3860mAh g-1）和低氧化還原電位，被認為是最有前途的可再充電負極。由于鋰枝晶生長嚴重限制了鋰金屬負極的實際應用。因此，迫切需要有效的策略來抑制鋰枝晶的生長，并使鋰金屬負極具有高可逆性，以實現(xiàn)安全和長壽命的鋰金屬電池。

研究人員提出通過不同途徑，優(yōu)化電解液組成（鋰鹽、溶劑和添加劑）、在鋰電極上原位或非原位構建人工固態(tài)電解質界面（SEI）、使用三維材料、使用單一鋰離子導電膜作為集流體、以及對集流體進行改性，可以抑制鋰枝晶。在這些方法中，具有高鋰離子導電性和堅固化學結構的鋰化Nafion（Li+-Nafion）引起了廣泛關注，Li+-Nafion已被用作電解質膜材料和人工SEI材料。相關研究表明，Li+-Nafion電解質膜和人工Li+-NafionSEI層可以使鋰離子在負極/電解質界面的通量均勻化，以維持均勻的鋰鍍層。在鋰硫電池文獻中，在集流體上沉積了厚度為幾微米的薄Nafion涂層，以防止多硫化物的穿梭效應，并且Nafion涂層的表面與硫正極的接觸，受這種結構的啟發(fā)，如果Nafion涂層面向鋰負極并與鋰負極緊密接觸，它可以充當人造SEI膜，同時在鋰負極上制備NafionSEI膜的問題也可以得到解決，但到目前為止還沒有此類研究的報道。

一個巨大的挑戰(zhàn)在于，在集流體上制備高度均勻的薄Nafion涂層非常困難，集流體上用作人工SEI膜的薄Nafion涂層需要比用作多硫化物交叉屏障的涂層均勻得多，否則，由于鋰離子通量在鋰/集流體界面上的不均勻分布，在沒有涂層或涂層較少的區(qū)域下方優(yōu)先鍍鋰，從而導致鋰枝晶的生長。

在此，作者提出了一種簡便的方法，即使用超聲波噴涂在聚丙烯（PP）集流體上沉積高度均勻的Li+-Nafion薄膜。在Li+-Nafion水溶液中加入N，N-二甲基甲酰胺（DMF），以改善噴涂液滴與聚丙烯集流體基體的潤濕性，這對于使用超聲波噴涂工藝在聚丙烯集流體上制備厚度均勻的Nafion薄膜至關重要。Li+-Nafion薄涂層將聚丙烯集流體的Li+轉移數(shù)顯著地從0.34增加到0.76，離子電導率從7.24降低到2.77×10?4Scm-1，Li+-Nafion薄涂層的高度均勻性，以及Li+-Nafion（HU）/PP的改進的Li+轉移數(shù)，均勻的Li+-Nafion薄涂層與鋰負極緊密接觸時抑制鋰枝晶生長。相比之下，由普通Nafion溶液制備的聚丙烯集流體上的Li+-Nafion涂層具有不均勻的形態(tài)，從而產生更多的鋰枝晶，無法改善鋰硫電池的循環(huán)性能。因此，Li+-Nafion涂層提高了鋰硫電池的循環(huán)性能。這項工作不僅為Nafion基人工SEI膜的制備提供了一種有效的方法，而且為在鋰負極上通過適當?shù)耐繉右敫哔|量人工SEI膜提供了一種新方法。（文：李澍）