天津工業(yè)大學徐志偉課題組基于生物質(zhì)材料天然官能團結構以及碳化生物質(zhì)材料的多孔結構的天然優(yōu)勢，綜述了當前生物質(zhì)隔膜在鋰金屬電池中的應用，包括獨立生物質(zhì)隔膜、生物質(zhì)隔膜涂層、生物質(zhì)隔膜夾層等；同時闡述了不同類型隔膜的作用機理。最后從材料開發(fā)和先進表征的角度進行了展望。
鋰金屬電池中存在的鋰枝晶生長和穿梭效應限制了其發(fā)展商業(yè)化進展。隔膜作為鋰金屬電池的重要組成部分，對鋰金屬電池的安全性、壽命和電化學性能有著重要的影響。然而，常用的聚丙烯隔膜具有一定的局限。天然生物材料具有低成本、環(huán)境友好、結構豐富等優(yōu)勢，且其衍生的納米材料能很好地繼承天然材料的優(yōu)異特性，在調(diào)控鋰枝晶生長方面具有很大的應用潛力。 在此背景下，天津工業(yè)大學徐志偉課題組針對生物質(zhì)隔膜在鋰金屬電池中的應用進行了綜述。總結了近年來生物質(zhì)材料在鋰金屬電池（包括鋰硫電池）中的應用，分別討論了鋰金屬電池的關鍵問題、隔膜改性方法以及生物質(zhì)隔膜的作用機理。 該綜述中分析了鋰金屬電池反應的過程，從而闡明了穿梭效應、鋰枝晶的產(chǎn)生以及鋰電池的失效機理；介紹了隔膜的發(fā)展現(xiàn)狀以及當前商用隔膜存在的弊端；總結了生物質(zhì)材料對隔膜的改性方法，包括將生物質(zhì)材料直接制備成獨立的隔膜、使用生物質(zhì)材料作為隔膜涂層以及使用生物質(zhì)材料作為夾層以提高鋰金屬電池的性能。由于生物質(zhì)材料豐富官能團結構以及碳化生物質(zhì)材料的多孔結構，實現(xiàn)了鋰離子均勻沉積以及多硫化物的捕獲。此外，本綜述還闡述了多種成分和結構的生物質(zhì)隔膜在抑制鋰枝晶和穿梭效應的機理，包括提供機械屏障、促進金屬離子均勻沉積、調(diào)節(jié)離子傳輸、捕捉多硫化物（物理吸附、化學吸附）、屏蔽多硫化物等。 最后，該綜述從生物質(zhì)新型材料開發(fā)和先進表征方法兩個角度進行了展望。在材料開發(fā)角度，提出了構筑具有調(diào)節(jié)離子傳輸功能的生物質(zhì)隔膜，與生物質(zhì)官能團協(xié)同作用來實現(xiàn)高性能的生物質(zhì)改性隔膜以及通過物理限域實現(xiàn)特定離子的傳輸?shù)碾x子篩隔膜。在先進表征手段方面，提出利用同步輻射小角散射和中子散射等對反應前后的生物質(zhì)隔膜孔結構進行表征，采用聯(lián)用表征技術對反應前后的生物質(zhì)材料晶體結構進行表征，從而實現(xiàn)對機理的探討。 論文信息 Biomass Separators as a “Lifesaver” for Safe and Long-Life Lithium Metal Batteries Jinxi Bao, Xiaohui Song, Dr. Feng Tian, Dr. Haiting Shi, Dr. Shuaitong Liang, Shuo Wang, Ming Zeng, Yanling Xue, Chunxia Hong, Prof. Zhiwei Xu Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202302236
