在鋰金屬電池中，隔膜將正極和鋰金屬負(fù)極物理隔開并提供鋰離子在正負(fù)極間移動(dòng)的通道，對調(diào)整鋰離子傳輸有天然的優(yōu)勢。目前主流的聚烯烴材質(zhì)隔膜（聚丙稀和聚乙烯）與電解液的潤濕性較差，微孔結(jié)構(gòu)空間分布不均，易造成鋰離子的不均勻沉積和鋰枝晶生長。這會加速電解液中鋰鹽的消耗以及鋰金屬負(fù)極的過早失效。盡管通過設(shè)計(jì)隔膜的孔道結(jié)構(gòu)或使用微孔材料對隔膜表面進(jìn)行涂覆改性有助于改善鋰離子的傳輸，但其制備過程復(fù)雜耗時(shí)，過厚的涂層又會降低電池內(nèi)部的空間利用。因此，亟需一種制備方法簡便的隔膜以實(shí)現(xiàn)鋰離子的有序傳輸和均勻沉積。

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)韓杰才院士和何偉東教授團(tuán)隊(duì)首次將抗靜電劑SN（十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽，SN）與PVDF-HFP基質(zhì)結(jié)合，通過簡便的涂覆方法制備出用于鋰金屬電池的PVDF-HFP/SN復(fù)合隔膜，并深入分析了SN分子在隔膜/電解液界面的結(jié)構(gòu)特性和改善鋰離子傳輸?shù)淖饔脵C(jī)制。隔膜中SN分子的銨根提供了大量陰離子友好位點(diǎn)，可吸引電解液中的PF₆^-，形成SN-PF₆^-的親鋰基質(zhì)，使Li⁺在SN-PF₆^--Li⁺結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)均勻分布和沉積，并進(jìn)一步減少了鋰鹽的消耗，實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池的穩(wěn)定循環(huán)。該工作從功能隔膜設(shè)計(jì)角度為優(yōu)化鋰離子傳輸與沉積提供了新的研究思路。

通過簡便的涂覆方法制備了PVDF-HFP/SN復(fù)合隔膜。理論計(jì)算分析證明，SN分子在隔膜/電解液界面會形成特殊的構(gòu)型，即SN分子的烷基尾部固定在PVDF-HFP纖維上，而銨根頭部傾向進(jìn)入電解液體相優(yōu)先吸附PF₆^-，形成SN-PF₆^-的親鋰基質(zhì)。這種親鋰基質(zhì)使Li⁺在SN-PF₆^--Li⁺結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)均勻分布，避免了枝晶形貌的形成，同時(shí)減緩了電解液中鋰鹽的損耗，電池循環(huán)壽命得以延長。同時(shí)，PVDF-HFP/SN復(fù)合隔膜的鋰離子遷移數(shù)得到提高，增強(qiáng)了界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，減小了電化學(xué)極化。這項(xiàng)研究為優(yōu)化鋰離子遷移的功能隔膜提供了新的研究策略，為新型隔膜的設(shè)計(jì)與制備注入了新的動(dòng)力。

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