《ACS Energy Lett.》中国林科院木材所：天然木材结构启发的实用的锂金属电池

【介绍】

锂二次电池在现代社会中发挥着极其重要的作用。备受关注的锂金属电池中因锂离子沉积不均匀造成的易短路、寿命短是世界性难题。高能量密度的锂金属电池会由于锂离子浓度不均匀形成“死”锂和锂枝晶，从而导致锂金属电池的使用寿命缩短。理想的固态电解质界面膜可以通过空间均匀化锂离子通量和促进锂离子快速迁移来实现均匀的锂离子沉积，从而抑制枝晶的形成，使锂金属负极具备优异的电化学性能。但是，大多数的固态电解质界面膜材料需要昂贵的前驱体和复杂的合成工艺，从而限制了它们在电池产品中的实际应用。如今，大自然给这个难题提供了解决方案。

【文献摘要】

高能量密度锂金属电池（LMB）的寿命很短，这是由于锂的“死”和树枝状晶体引起的。为空间上均匀的锂离子通量和快速的锂离子传输而产生的稳定的，人造的固体-电解质中间相（SEI）将相应地解决这些问题。

最近，中国林科院木材工业研究所吕建雄研究员团队联合浙江工业大学材料科学与工程学院陶新永教授团队以及佐治亚理工学院化学与分子生物工程学院Yulin Deng教授团队集结东北林业大学、北京林业大学以及中北大学的不同学科研究人员，首次实现了木材次生细胞壁中聚集体薄层（lamella）的精准剥离，并设计了天然木材结构的界面作为人工SEI。人工SEI在天然组装的平行纤维素分子之间具有纳米通道，可调节Li沉积的均匀性。同时，纳米木材上相互连接的微孔和丰富的亲硫基团促进了锂离子的快速迁移。纳米木保护的LMB在800个循环中提供了出色的容量，约为140 mAh·cm-2，平均库仑效率高达99.6％。这种基于纳米木的，高性能，可扩展的仿生SEI，具有离子通量调节功能，是解决实际LMB使用寿命短的有吸引力的解决方案。相关论文以题为“Natural Wood Structure Inspires Practical Lithium-Metal Batteries”的论文发表在《ACS Energy letters》期刊上。

【主图导读】

图1.木材纹孔膜结构作为锂金属电池阳极固态电解质界面膜的功能示意图。

图2.从木材次生壁中分离聚集体薄层的示意图及其表征。

图3.聚集体薄层调节锂离子沉积示意图及其表征。

图4.添加聚集体薄层前后的锂金属电池电化学性能表征。

参考文献:doi/10.1021/acsenergylett.1c00629

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