Lithium Metal Batteries Enabled by Ion Flux‐Regulating Coating on Separator

材料科学 分离器(采油) 阳极 化学工程 涂层 聚合物 电化学 金属 表面改性 纳米技术 复合材料 电极 物理化学 物理 工程类 热力学 化学 冶金
作者
Ke Wang,Teng Zhao,Ruixin Lv,Wangming Tang,Tianyang Yu,Li Li,Feng Wu,Renjie Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (49) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adfm.202508164
摘要

Abstract Separator modification is a facile approach for ensuring stable cycling of lithium metal batteries. Here, a hybrid polymer coated separator with high Young's modulus and ion conductivity is designed by integrating proton‐doped polyaniline (PANi) nanosheets with poly(vinylidene fluoride‐co‐hexafluoropropylene) (PVDF‐HFP). Density functional theory (DFT) calculation confirms that the proton‐doped PANi nanosheets interact with TFSI − anions and its 2D confinement effect induces conformational transition of PVDF to the polar β phase. These synergistic effects optimize Li + transport. Besides, finite element simulations and in situ optical microscopy indicate that the conjugated structure of PANi promotes electron delocalization and homogenizes the potential across lithium anode surface, guiding a uniform Li + flux and dense lithium deposition. Moreover, the hybrid polymer coating leads to the formation of LiF‐enriched SEI on lithium metal surfaces. As a result, Li||Li symmetric batteries with the hybrid polymer coated separator exhibit stable cycling for over 2000 h at a current density of 10 mA cm⁻ 2 . In additoin, Li||LFP batteries using the modified separator has a stable cycling for over 200 cycles at 3 C, maintaining a capacity of 99.25 mAh g⁻¹ with a high areal loading of 13.5 mg cm⁻ 2 .
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