电子科技大学可调控锂沉积行为的三维PVDFHFP用于金属锂电池

　　快速发展的电动汽车和便携式电子设备市场对锂离子电池的能量密度提出了很高的要求。金属锂因其超高的理论比容量(3860 mAh g-1)和极低的氧化还原电位(-3.04 V vs.标准氢电极)被认为是最有前途的高能电池负极材料。
　　但其商业实用性受到锂枝晶生长不可控、死锂形成和积累、锂金属负极＂无主＂特性以及不稳定的固体电解质界面层（SEI）等因素的限制。 值得注意的是，上述问题不仅会导致糟糕的低可逆容量的电化学性能，降低循环稳定性，而且会造成严重的安全隐患。
　　迄今为止，各种研究工作都致力于解决上述挑战。值得注意的是，构建具有三维(3D)框架的锂复合负极来缓解金属锂体积变化和抑制锂枝晶生长已被广泛证明是一种有效的方法。3D框架由于比表面积大、孔隙率高，可以有效地存储大量的金属锂，有助于锂离子的快速传输。
　　总的来说，3D框架可分为金属框架、碳基框架、金属-碳杂化框架和聚合物框架。然而，目前这些策略大多集中于二维平面上锂沉积的均质化，而忽略了循环期间三维框架内垂直方向界面活性的差异。在锂沉积过程中，由于界面活性高和表面锂离子传输距离短，锂倾向于在三维框架的顶部成核生长(顶部生长)，导致金属锂沉积不均匀，局部生长锂枝晶。
　　近年来，研究人员致力于设计具有丰富亲锂位点的三维框架，如氮掺杂的功能团、金纳米颗粒、银纳米颗粒和氧化锌种子等，以促进界面动力学。 然而，由于界面活性在垂直方向的极化，在循环期间不能保证均匀的锂沉积/溶出。
　　因此，在三维框架上构建梯度分布的亲锂位点来克服非均质锂沉积是稳定锂金属负极的关键。 Yang等人报道了一种通过调节电场分布实现稳定锂金属沉积/溶解过程的导电-介电梯度框架。 Zhang等人演示了一种很有前途的亲锂-疏锂梯度界面层策略，以促进均匀SEI的形成。 Peng等人制备了一种三维多孔亲锂-疏锂-亲锂双梯度集流体来抑制锂枝晶生长。
　　这些工作表明具有梯度功能特性的复合负极是有前景的。然而，通过一种简便、节能的方法实现长期、有效、均匀的锂成核仍然是一个亟待解决的问题。 因此，开发具有稳定性和界面活性梯度的三维框架具有重要意义。
　　电子科技大学的牛晓滨课题组报道了一个具有银浓度梯度的聚偏氟乙烯(PVDF)框架（Li-C-Ag/PVDF）作为锂金属负极的三维主体。
　　在这种独特的结构中，顶部区域的低活性电绝缘抑制了锂顶部的生长。而活性高的亲锂底部区域提供了丰富的锂成核位点，确保了锂均匀自下而上生长的优先次序。
　　因此，Li-C-Ag/PVDF对称电池即使在电流密度为4mA cm-2、容量为4mAh cm-2的情况下，也能在650次循环中表现出1300 h的超长寿命。
　　此外，Li@C-Ag/PVDF (3 mAh cm-2)复合负极与磷酸铁锂(LFP)正极配对，也表现出良好的容量保持率和循环稳定性。