DOI: 10.1016/j.coco.2022.101449

不受控制的锂枝晶生长和“死锂”积累将严重降低锂金属电池（LMBs）的库仑效率，缩短循环寿命并造成巨大的安全隐患，这是制约其进一步发展的主要原因。在此，本研究采用静电纺丝结合电喷雾技术制备一种超薄Zn-BDC金属有机框架纳米片功能化聚丙烯腈（Zn-BDC/PAN@PAN）复合隔膜，以抑制枝晶生长并实现锂电池的高性能。Zn-BDC/PAN表层的引入不仅固定了阴离子，提高了离子电导率和Li+转移数（0.68），而且使孔径分布均匀，Li+通量均匀。这些优点使Zn-BDC/PAN@PAN隔膜在2mA/cm2下运行1000h期间实现了稳定的Li电镀/剥离，过电位低至10mV，循环后的Li金属显示出致密光滑的表面，没有明显的枝晶生长，进一步证实了Zn-BDC/PAN@PAN隔膜可以抑制Li枝晶的生长。此外，组装的Li/LiFePO4电池还表现出稳定的循环性能，300次循环后的放电容量为142.2mAh /g，且具有较高的倍率性能（10C下为121.3mAh/g），表明该复合隔膜在构建无枝晶LMBs中的应用前景广阔。综上，本工作为通过Li+通量调节提高LMBs性能提供了一种可行的策略。

图1.（a）Zn-BDC结构的一个节点。（b）2D Zn-BDC结构框架。示意图显示了配备（c）Zn-BDC/PAN@PAN和（d）PAN隔膜的电池中Li负极上的Li沉积/剥离过程。

图2.（a）剥离的Zn-BDC的TEM图像。（b）未剥离和剥离的Zn-BDC的拉曼光谱和（c）FT-IR光谱。（d）Zn-BDC/PAN（1/1）@PAN纤维膜的SEM和（e）TEM图像。（f）相关隔膜的孔径分布。

图3.（a）相关膜的交流阻抗谱和（b）Li+迁移数测定。（c）使用相关隔膜的Li/LiFePO4电池的EIS和（d）倍率性能。（e）使用Zn-BDC/PAN（1/1）隔膜的Li/LiFePO4电池在不同倍率下的充放电曲线。（f）Li/LiFePO4电池在2C下的放电容量。

图4.（a）PAN和（b）Zn-BDC/PAN（1/1）@PAN隔膜的Li+分布。（c）配备相关隔膜的Li|Cu电池在1mA/cm2下的库伦效率与循环数的关系，容量为1mAh/cm2，（d）配备相关隔膜的对称Li|Li电池的循环性能，500次循环后从含（e）Celgard、（f）PAN和（g）Zn-BDC/PAN（1/1）@PAN隔膜的Li/Li电池拆卸的Li金属负极的俯视SEM图像。