宁波材料所姚霞银/彭哲&华南理工刘军等: 锂金属负极显著改善新策略

研究背景

开发下一代高比能、长寿命储能电池是当前储能科学界所面临的重大挑战。具有高理论比容量（3860mAhg^-1）和最低电化学电位（-3.04Vvs.标准氢电极）的锂金属被认为是理想的高比能电池负极材料。

然而，锂金属的不可控枝晶生长和高反应活性易导致电极在循环中发生剧烈体积膨胀，致使电极界面破裂并引发锂与电解质的快速副反应，极大降低了锂金属电极的循环可逆性。

通过构筑亲锂性界面降低锂金属沉积过电势进而抑制锂枝晶生长，是一种有效的锂金属保护策略。大量锂合金材料已被证明具有显著的亲锂特性。然而，以银为代表的高亲锂性合金界面往往与锂合金程度较深，容易在反复循环中发生材料疲劳粉化现象，限制其对锂的保护效果。

因此，突破合金界面高亲锂性和高粉化率的相互制约，对发展锂金属电池具有重要意义。

研究内容

近日，中科院宁波材料所姚霞银研究员、彭哲研究员与华南理工大学刘军教授提出双合金界面的锂金属负极改善策略，构筑了以银作为亲锂内核和锌作为扩散外层的微结构合金界面，显著改善了亲锂性合金界面的结构稳定性和锂保护长效性。

该结构中锌扩散外层具有相对较低的锂固溶性、较高的锂扩散系数，可以作为有效的锂沉积缓冲层和扩散层，实现内部更加均匀的锂银合金过程并抑制其体积膨胀，表现出良好的亲锂特性和锂离子传输性能。

同时，微观形貌观察进一步证实了双合金界面对锂沉积均匀性的调控能力。使用双合金界面的对称电池能够在1mAcm^-2和4mAhcm^-2条件下以较小的极化电压稳定循环超过600小时。

此外，将双合金界面应用于高负载LiFePO₄的锂金属全电池同样表现出良好的循环性能，证明双合金界面改善策略在锂金属保护上的优异性。

该工作以“Highly reversible Li metal anode using a binary alloy interface”(《双合金界面助力高可逆锂金属负极》)为题发表在国际期刊Chemical Communication上。华南理工大学材料科学与工程学院博士生陈家和与中科院宁波材料所孙泽钧（现新加坡国立大学博士生）为本文共同第一作者。

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