DOI: 10.1016/j.electacta.2022.140182

不可控的锂枝晶生长和副反应等缺点严重阻碍了锂电池的实际应用。对均匀锂离子扩散层形成的研究为抑制枝晶生长和稳定锂金属提供了新的见解。在此，研究人员通过静电纺丝聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷和功能性笼型倍半硅氧烷，制备了交联型聚硅氧烷纳米纤维杂化膜（SHMs）。SHMs上的功能性极性基团赋予膜亲锂性，从而使其能够形成人工固体电解质界面以引导均匀的锂离子通量分布，确保平滑的锂沉积，并从根本上改变枝晶的形成。此外，聚二甲基硅氧烷3D网络的剪切增强效应不仅改变了表面形貌，而且促进了锂离子的迁移。随着这些SHMs的引入，Li||Li对称电池变得稳定，能够在0.5mA/cm2下连续电沉积800小时以上，并且LiFePO4||Li电池显示出112mAh/g的高容量，在2C下循环400次后的容量保持率为96.7%。这项工作为抑制不受控制的锂枝晶形成和提高循环性能提供了一种有效的策略。

图1.所得样品的FT-IR光谱（a）、DSC热谱图（b,c）、TGA光谱（d）、DTG曲线（e）和拉伸应力-应变曲线（f）。

图2.各种膜的形态和结构表征。（a）PVDF-HFP、（b）SHM-0、（c）SHM-5和（d）SHM-10的俯视SEM图像。比例尺，200nm。（e）Celgard 2400和SHM-10在滴加碳酸盐基电解质（20μL）后的数字图像。（f）C、O、F、Si和S分布的相应能量色散X射线（EDX）元素映射。图（f）中的比例尺对应于2μm。（g）SHMs、PVDF-HFP膜和市售PP样品在110或140℃下加热1小时前后的热稳定性。（h）各种膜的DFT孔径分布。

图3.（a）SHMs和PVDF-HFP在25℃下的EIS曲线。（b）四种GPEs的LSV曲线，扫描速率：5mV/s。（c）在-0.5至1V之间以10mV/s的扫描速率获取的锂电镀/剥离的CV曲线。（d）SHM-0、（e）SHM-5和（f）SHM-10的DC去极化曲线。插图显示极化前后的EIS。

图4.各种对称电池的循环性能。当电流密度为0.5mA/cm2，容量为1mAh/cm2时，采用碳酸盐基电解质（a）和醚基电解质（b）的Li-Li对称电池中锂电镀/剥离的电压曲线。右侧放大图显示了详细的电压曲线，并标明了循环时间。（c）在每个循环的脱锂和镀锂过程中于0.5、1.0、2.0、3.0和5.0mA/cm2的不同电流密度下测量的对称电池的倍率性能，固定容量为1mAh/cm2。（d）循环测试前锂负极的EIS。

图5.（a）当电流密度为0.5mA/cm2，容量为1mAh/cm2时，配备纯PVDF-HFP、SHM-0、SHM-5和SHM-10的Li||Cu电池中的锂电镀/剥离CE。（b）Li成核势的放大图。

图6.（a）PVDF-HFP、（b）SHM-0、（c）SHM-5和（d）SHM-10的Cu集流体在100次剥离/电镀循环后的俯视SEM图像，电流密度为0.5mA/cm2，容量为1mAh/cm2。（e）PVDF-HFP、（f）SHM-0、（g）SHM-5和（h）SHM-10膜经过100次剥离/电镀循环后的俯视SEM图像，电流密度为0.5mA/cm2，容量为1mAh/cm2。图像（a-h）中的比例尺对应于10μm。（i）使用不同电解质获得的锂电沉积样品的XPS C1s、O1s、F1s、Si2p和Li1s。不同光谱中的每种颜色对应于一种化学物质或一种化合物。

图7.显示Li||Cu半电池中PVDF-HFP、SHM-0、SHM-5和SHM-10电解质的行为示意图。