对更高能量密度电池的需求使得人们开始重新审视导致锂金属负极不安全，并从一开始就阻碍其商业化的枝晶生长问题。抑制枝晶生长的一种策略是在金属Li上沉积薄的、定制的防腐钝化涂层，使得金属Li无法与有机电解质溶液自发反应，形成钝化固体电解质界面（SEI）。主要存在的挑战在于探索并沉积一种既具有电子绝缘性又允许Li⁺以较高的循环速率均匀渗透的涂层，以便金属Li在定制涂层下的纳米尺度上实现均匀电沉积。

近年来，一些研究利用两种不同材料的特性，对多组分薄膜进行了研究，这两种材料既可以单独调节，也可以根据互补的特性进行选择。这些多组分涂层将有望推动人们合理设计的能够有效抑制锂枝晶生长的SEIs。

有鉴于此，美国得克萨斯大学奥斯汀分校C. Buddie Mullins综述了能够有效抑制锂枝晶生长的微米和纳米级多组分定制涂层的最新进展，重点总结了这些涂层改善电池性能的机理，以及设计和测试用于电动汽车充电电池的考虑因素。

文章要点

1）理想的涂层需要平衡机械强度、柔韧性和离子导电性，同时能够实现Li⁺的快速均匀渗透。同时具有薄层，电子绝缘，化学和电化学稳定以及低介电常数等特性。这些特性在控制Li电沉积中具有特殊的作用，然而很少能在单一材料中实现所有特性。因此，多组分涂层提供了一种构建高度可定制保护层的方法。

2）早期的涂层研究主要针对专门为单一特性选择的材料，如固有导电性、剪切模量等。随着人们意识到所有特性的重要性，越来越重视对现有材料的调节，以提高它们抑制枝晶形成的能力。有机和无机材料都可以通过控制官能团和缺陷来改善某些特性，如导电性或机械强度。此外，多个组分可以通过组合每个组分的最佳性能或通过使用各组分之间的相互作用来改善，从而定制涂层性能以优化沉积。

3）由于缺乏均匀性或化学稳定性，即使是最强的涂层也无法获得良好的性能。为了更全面地了解涂层机理，特别是在多组分涂层中，可能相互影响的每一组分，作者提出了一种更全面的手段来评估新涂层的性能，优先考虑以下几点：i）测量或估计涂层在其最佳厚度下的延性和脆性破坏；ii）测量或估算控制其单位面积锂离子渗透率的参数；iii）确认涂层的电子绝缘特性；iv）确认涂层成分不溶于电解液，且与金属Li接触时不会发生反应；v）测试并确认良好的循环性能。

4）作者最后指出了抑制枝晶生长，促进锂金属负极稳定、长期循环性能的未来研究方向：i）研究薄膜中各个组分相互影响的方式，ii）对特性进行建模，以更好地阐明如何调整这些特性以优化离子选择性、导电性、强度和柔性，以及这些特性是如何受组分之间相互作用的影响；iii）降低工业化门槛。

参考文献

Melissa L. Meyerson, et al, Recent Developments in Dendrite-Free Lithium-Metal Deposition through Tailoring of Micro- and Nanoscale Artificial Coatings, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c05636

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c05636