A Lithium-Ion Pump Based on Piezoelectric Effect for Improved Rechargeability of Lithium Metal Anode

Jingwei Xiang, Zexiao Cheng, Ying Zhao, Bao Zhang, Lixia Yuan,* Yue Shen, Zezhou Guo, Yi Zhang, Jianjun Jiang and Yunhui Huang*

设计了一种具有压电效应的涂层改善了金属锂负极的可充性

因为金属锂具有很高的理论比容量和很低的氧化还原电位，所以锂金属负极被认为是极具前景的下一代负极材料。然而由于锂枝晶的生长导致了较差的循环性能和严重的安全隐患，限制了金属锂负极的商业化应用。先前有研究表明电极表面锂离子的均匀分布对实现锂离子的均匀沉积起到至关重要的作用。在该工作中，我们通过引入具有压电效应的薄膜涂层来改善电极表面锂离子的分布情况。通过在铜箔表面涂覆具有压电效应的β相的聚（偏二氟乙烯）（β-PF）薄膜，利用其压电性，在电极表面建立了一个额外的压电电场，促进锂离子在电极表面迁移。实验结果表明，经过这种压电薄膜修饰的极片，锂离子的沉积变得更加均匀，在200圈循环过程中，库伦效率保持在99%左右。同时，将该复合负极与硫正极匹配成锂硫全电池，依然表现出优异的电化学性能。这种通过调节锂离子迁移的简单策略为金属锂负极的保护提供了新的思路。