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锂金属电池是有潜力的下一代可充电电池，但在实际应用中，锂枝晶的不可控生长导致低库仑效率和安全问题，高容量、稳定致密的锂金属层对高能量密度锂电池具有重要意义。中南大学赖延清教授团队提出了羧甲基纤维素-锂（CMC-Li）作为人工SEI膜，该膜具有高离子转移数（0.66）、高杨氏模量（24.6GPa）和良好的亲锂性，从而能够适应锂负极的体积变化，在铜集流体上实现超高密度锂沉积。有CMC-Li膜的Li/Li对称电池在10mA cm−2的大电流密度下表现出优异的循环性能，CMC-Li@Li||NCM613全电池的首周比容量为165mAh g−1， 200周循环后容量保持率高达80%。相关成果以“A self-adapting artificial SEI layer enables superdense lithium deposition for high performance lithium anode”发表在Energy Storage Materials上。https:///10.1016/j.ensm.2021.11.022 
电动汽车和现代电子产品需要长寿命、高安全性的电池，由于理论比容量高（3860mAh g−1）和低电极电位(−3.04V vs.标准氢电极）锂金属被认为是有望应用于下一代电池（如锂硫电池和锂氧电池）的负极材料，然而，不可控的锂枝晶生长和脆弱的固态电解质界面（SEI）阻碍了锂金属负极的实际应用。在电化学体系中，自然形成的SEI具有化学不均匀性和结构不均匀性，在长期循环下，均匀锂沉积会导致SEI的成分和结构不断演变。为了解决上述问题，研究者已经应用了各种机械保护层来保护锂负极并阻止锂枝晶的形成，无机SEI膜，如Li3N、LiF、六方氮化硼（h-BN）具有较高的离子导电性，以促进离子扩散，并具有较高的杨氏模量，以抑制锂枝晶生长，但在长循环过程中，具有不连续和不均匀相的显著缺陷；有机SEI界面，如PVDF、PEO、PAN具有均匀的聚合物相来实现均匀锂离子通量，但其低杨氏模量和较差的机械强度无法阻止锂枝晶的形成；此外，大多数人工合成的SEI膜不具有亲锂性，在高容量循环过程中容易与基体分离，导致保护机制失效，因此，很少通过应用界面膜来实现高容量和稳定致密的锂金属层。在此，作者通过简单的酸化作用利用羧甲基纤维素钠（CMC-Na）制备羧甲基纤维素-锂（CMC-Li）薄膜以稳定锂负极。丰富的氢键结构使CMC-Li大分子交联成均匀的致密层，在羧甲基纤维素中取代锂离子可以提高离子导电性并重新分配锂离子通量，从而在铜箔集流体上实现超致密沉积。SEM图和锂连续电镀过程的原位观察证明，CMC-Li膜是一种自适应的人工SEI膜，具有高离子转移数（0.66）和高杨氏模量（24.6GPa），可防止锂枝晶的穿透，并适应锂沉积过程中的体积膨胀。CMC-Li膜可被电解质溶液渗透，自由移动的锂离子含量增加，使Li+迁移数增加。XPS结果表明，CMC-Li膜阻止了锂与电解液之间的持续副反应，CMC-Li膜不仅可以用于铜箔集流体，还可以用于3D-CP，实现超致密沉积。此外，CMC-Li膜使Li/CMC-Li@Cu半电池和锂/锂对称电池具有优异的循环稳定性，CMC-Li@Li||NCM613全电池循环200周后，容量保持率超过80%。这种简单的酸化和锂替代方法在有机聚合物中显示出巨大的应用潜力，这为开发高能量密度锂电池的SEI膜提供了新的可能性。（文：李澍）
图1(a) CMC-H、CMC-Na、CMC-Li的红外光谱;(b) CMC-Li形成的薄膜的照片；(c) CMC-Li在铜箔上形成的薄膜的横截面SEM图;(d) 高分子排列示意图;(e) CMC-Li薄膜的形貌; (f) CMC-Li的杨氏模量映射;(g-i) 电位极化曲线和相应EIS图
图2铜箔、CMC-Na@Cu、CMC-Li@Cu在不同容量下的锂沉积截面图
图3不同电流密度下Li在CMC-Na@Cu和CMC-Li@Cu沉积的俯视图和横截面图
图4在固定电流密度和容量下，采用铜箔、CMC-Na膜和CMC-Li膜的锂对称电池中锂电镀/剥离的循环稳定性比较
图5CMC-Na和CMC-Li在溶剂化Li+中的结合能；锂在铜箔、CMC-Na@Cu和CMC-Li@Cu中的沉积和溶解示意图
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