锂金属电池因具有高能量密度而被视为极具潜力的下一代储能技术，但锂枝晶生长等问题严重阻碍了其实际应用。近期，北京理工大学的研究团队通过在聚丙烯（PP）隔膜上原位组装聚多巴胺（PDA）和氮化铝（AlN）涂层，制备出一种功能性PDA@AlN@PP复合隔膜，为高性能锂金属电池的发展提供了新的解决方案。相关成果发表于Advanced Functional Materials期刊。

在制备过程中，研究人员先将AlN颗粒与PVDF溶液混合后涂覆在PP隔膜上，再通过原位界面自组装方法在AlN@PP隔膜上沉积PDA涂层。实验表明，PDA@AlN涂层不仅能提高隔膜的润湿性，还能增强其机械性能和耐热性。PDA中的官能团与AlN中的Al³⁺形成Al-O配位键，可促进Li⁺均匀传输，降低迁移势垒，抑制锂枝晶生长。

电化学性能测试显示，使用PDA@AlN@PP隔膜的对称锂电池在1 mA cm⁻²的电流密度下可稳定循环超过2000小时，过电位低至约33 mV；在高电流密度下，对称电池也能稳定运行超过400个循环。此外，Li||LiFePO₄全电池在5C倍率下展现出91.3 mAh g⁻¹的高比容量，循环500次后库仑效率仍保持在99%。

DFT计算和实验结果表明，PDA@AlN@PP隔膜中的官能团和化学键能加速Li⁺去溶剂化，抑制锂枝晶形成，提升电化学性能。AlN的高导热性和刚性则有助于实现均匀的温度分布，为抑制锂枝晶生长提供保障。

该研究开发的功能性复合隔膜为锂金属电池的实际应用提供了有力支持，有望推动锂金属电池技术的进一步发展。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202314045

（邓翊）