锂金属负极（LMAs）因其超高的理论容量（3860 mA g⁻¹），最低电化学势（−3.04 V vs. SHE）和低密度（0.59 g cm⁻³）被认为是更适合取代石墨负极的高比能可充电电池负极。虽然对可充电Li-S、Li-O₂和全固态电池进行了大量研究，但仍难以满足电池行业一系列的严格要求。由于界面处锂离子输运的不平衡，导致不可控的锂枝晶生长并在LMA表面积累，从而显著降低电池的电化学性能。基于此，研究人员提出利用人工固态电解质界面（ASEI）作为LMA上的功能层来解决锂枝晶问题，然而，ASEI也会受到被忽视的机械疲劳的影响。在长期循环过程中，ASEI随着锂沉积/剥离而反复变形。当变形引起的局部能量（或应力）积累达到疲劳阈值时，ASEI的结构就会坍塌，导致ASEI的失效。因此，ASEI的抗机械疲劳能力对于延长LMA的使用寿命和消除电池安全风险至关重要。

图1. ^DCMIN ASEI的制备及能量耗散机制

在此，上海交通大学变革性分子前沿科学中心梁正课题组和颜徐州课题组合作在ASEI中引入了一个机械互锁的雏菊链网络（^DCMIN），通过结合能量耗散和快速锂离子输运的功能来稳定锂金属界面。通过高效的硫醇-烯点击化学进行交联获得的^DCMIN具有大范围分子运动特征，即^DCMIN具有高灵活性和强力学性。此外，^DCMIN中的冠醚单元不仅与柔性链上的二烷基铵相互作用，形成能量耗散行为；而且还与锂离子配位，支持^DCMIN中锂离子的快速输运。因此，基于^DCMIN ASEI的对称电池实现了2800小时的稳定循环（在1 mA cm⁻²，1 mAh cm⁻²的条件下），匹配高载量LiFePO₄正极的全电池实现了优异的5C倍率性能。此外，与对照组相比，具有^DCMIN ASEI的1-Ah 锂金属软包电池（匹配高载量LiNi_0.88Co_0.09Mn_0.03O₂正极）表现出更好的容量保持率（88%）。总之，该工作提出的^DCMIN分子设计为高能量LMA ASEI的优化提供了新的见解。

图2. ^DCMIN ASEI中锂离子的输运行为

相关研究成果以“Mechanically Interlocked Interphase with Energy Dissipation and Fast Li-Ion Transport for High-Capacity Lithium Metal Batteries”为题发表在Advanced Materials (先进材料) 上，第一作者为上海交通大学变革性分子前沿科学中心博士研究生石章琴、博士后王永明。第一通讯单位为上海交通大学变革性分子前沿科学中心。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202401711