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  鋰離子電池因其電壓高、能量密度大、無記憶效應(yīng)等優(yōu)勢在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；但其石墨負(fù)極材料的理論比容量僅為372 mAh g^-1，難以滿足新技術(shù)飛速發(fā)展對高能量密度二次電池的重大需求。相比較而言，鋰金屬具有比容量高（3860 mAh g^-1）、化學(xué)電勢低以及密度低等優(yōu)點(diǎn)，有望作為鋰硫電池、鋰空電池等下一代高性能鋰電池的負(fù)極材料。

  目前，多孔聚烯烴薄膜是鋰金屬電池的常用隔膜。然而，鋰金屬電極表面不可避免的突起使其表面鋰離子流分布不均，容易導(dǎo)致不可控的鋰枝晶生長（圖1a），嚴(yán)重時(shí)會刺穿隔膜，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路而引發(fā)燃燒爆炸，極大地限制了鋰金屬電池的推廣應(yīng)用。

  最近，中山大學(xué)吳丁財(cái)教授課題組提出了一種利用功能化多孔聚烯烴隔膜改善鋰金屬電池性能的新思路。首先，利用SI-ATRP 技術(shù)合成一種二維分子刷（氧化石墨烯表面接枝富含親鋰基團(tuán)的聚丙烯酰胺，GO-g-PAM）；然后，將GO-g-PAM簡單涂覆在多孔聚丙烯（PP）隔膜上，從而獲得一類二維分子刷功能化多孔雙層復(fù)合隔膜（GO-g-PAM@PP，圖1b）。GO-g-PAM@PP 的毛發(fā)狀PAM 分子鏈上的極性官能團(tuán)可作為高效的親鋰功能位點(diǎn)，促進(jìn)鋰離子在電極表面的分子水平均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)鋰金屬的均勻成核和沉積；二維分子刷相互堆疊形成的孔隙可以與極性官能團(tuán)協(xié)同作用，通過電動效應(yīng)促進(jìn)鋰離子的快速輸運(yùn)；高強(qiáng)度的GO 骨架可以提高隔膜的機(jī)械強(qiáng)度。因此，利用GO-g-PAM@PP 作為隔膜的鋰金屬電池即使在超大電流下（20 mA cm?2）仍具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（>1900 h）。

圖1.（a）PP 作為隔膜時(shí)，鋰金屬電極的凸起處電場強(qiáng)度高，鋰離子容易在其附近聚集而形成鋰枝晶；（b）GO-g-PAM@PP 作為隔膜時(shí)，GO-g-PAM 二維分子刷具有大量的親鋰官能團(tuán)，可在分子層面促進(jìn)鋰離子在電極表面的均勻分布，從而實(shí)現(xiàn)鋰金屬的均勻成核和沉積

  該論文以“Two-dimensional molecular brush-functionalized porous bilayer composite separators toward ultrastable high-current density lithium metal anodes”為題發(fā)表在Nature Communications期刊上（Nat. Commun. 2019, 10, 1363）。文章通訊作者為中山大學(xué)吳丁財(cái)教授，第一作者為李傳發(fā)和劉紹鴻。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-09211-z