寧波材料所姚霞銀/彭哲&華南理工劉軍等: 鋰金屬負(fù)極顯著改善新策略

研究背景

開發(fā)下一代高比能、長壽命儲(chǔ)能電池是當(dāng)前儲(chǔ)能科學(xué)界所面臨的重大挑戰(zhàn)。具有高理論比容量（3860mAhg^-1）和最低電化學(xué)電位（-3.04Vvs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極）的鋰金屬被認(rèn)為是理想的高比能電池負(fù)極材料。

然而，鋰金屬的不可控枝晶生長和高反應(yīng)活性易導(dǎo)致電極在循環(huán)中發(fā)生劇烈體積膨脹，致使電極界面破裂并引發(fā)鋰與電解質(zhì)的快速副反應(yīng)，極大降低了鋰金屬電極的循環(huán)可逆性。

通過構(gòu)筑親鋰性界面降低鋰金屬沉積過電勢(shì)進(jìn)而抑制鋰枝晶生長，是一種有效的鋰金屬保護(hù)策略。大量鋰合金材料已被證明具有顯著的親鋰特性。然而，以銀為代表的高親鋰性合金界面往往與鋰合金程度較深，容易在反復(fù)循環(huán)中發(fā)生材料疲勞粉化現(xiàn)象，限制其對(duì)鋰的保護(hù)效果。

因此，突破合金界面高親鋰性和高粉化率的相互制約，對(duì)發(fā)展鋰金屬電池具有重要意義。

研究內(nèi)容

近日，中科院寧波材料所姚霞銀研究員、彭哲研究員與華南理工大學(xué)劉軍教授提出雙合金界面的鋰金屬負(fù)極改善策略，構(gòu)筑了以銀作為親鋰內(nèi)核和鋅作為擴(kuò)散外層的微結(jié)構(gòu)合金界面，顯著改善了親鋰性合金界面的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和鋰保護(hù)長效性。

該結(jié)構(gòu)中鋅擴(kuò)散外層具有相對(duì)較低的鋰固溶性、較高的鋰擴(kuò)散系數(shù)，可以作為有效的鋰沉積緩沖層和擴(kuò)散層，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部更加均勻的鋰銀合金過程并抑制其體積膨脹，表現(xiàn)出良好的親鋰特性和鋰離子傳輸性能。

同時(shí)，微觀形貌觀察進(jìn)一步證實(shí)了雙合金界面對(duì)鋰沉積均勻性的調(diào)控能力。使用雙合金界面的對(duì)稱電池能夠在1mAcm^-2和4mAhcm^-2條件下以較小的極化電壓穩(wěn)定循環(huán)超過600小時(shí)。

此外，將雙合金界面應(yīng)用于高負(fù)載LiFePO₄的鋰金屬全電池同樣表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能，證明雙合金界面改善策略在鋰金屬保護(hù)上的優(yōu)異性。

該工作以“Highly reversible Li metal anode using a binary alloy interface”(《雙合金界面助力高可逆鋰金屬負(fù)極》)為題發(fā)表在國際期刊Chemical Communication上。華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生陳家和與中科院寧波材料所孫澤鈞（現(xiàn)新加坡國立大學(xué)博士生）為本文共同第一作者。

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