鋰金屬負(fù)極因其高理論容量和低還原電位而被認(rèn)為是最有前途的負(fù)極。但由于無(wú)限的體積膨脹、嚴(yán)重的副反應(yīng)和不可控的枝晶形成，其大規(guī)模商業(yè)化受到阻礙。

在此，天津大學(xué)馬慶濤、胡正林，羅加嚴(yán)等人利用熔融發(fā)泡法制備自支撐多孔鋰泡沫負(fù)極。可調(diào)節(jié)的互穿孔結(jié)構(gòu)和內(nèi)表面上致密的Li₃N保護(hù)層涂層使得鋰泡沫負(fù)極在循環(huán)過(guò)程中對(duì)電極體積變化、寄生反應(yīng)和枝晶生長(zhǎng)具有很大的耐受性。使用高面積容量(4.0 mAh cm^-2) NCM811正極的全電池，N/P比為2，E/C比為3g Ah^-1，可穩(wěn)定運(yùn)行200次，容量保持率為80%。相應(yīng)的軟包電池每個(gè)周期的壓力波動(dòng)小于3%，壓力累積幾乎為零。

圖1. 鋰泡沫的合成及性能研究

總之，本工作通過(guò)簡(jiǎn)單的熔融發(fā)泡法制備了自支撐鋰泡沫負(fù)極，其多孔結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)沉積鋰的體積波動(dòng)，致密的Li₃N保護(hù)層可以促進(jìn)無(wú)枝晶鋰的沉積。因此，Li泡沫陽(yáng)極可以承受高達(dá)40mA cm^-2的高電流密度。在高正極面積容量(4 mAh cm^-2)、低N/P比(2)和貧電解質(zhì)(3g Ah^-1)的實(shí)際條件下，使用LCO和NCM811正極的全電池可以穩(wěn)定地循環(huán)200次以上，容量保持率為80%。本研究還組裝了Ah級(jí)軟包電池，證明體積變化為零。這里的鋰泡沫負(fù)極顯示了高性能鋰金屬電池的巨大潛力，并且可擴(kuò)展的熔融發(fā)泡方法也適用于其他金屬負(fù)極。

圖2. 鋰泡沫的電化學(xué)性能

Lithium Foam for Deep Cycling Lithium Metal Batteries, Small 2023 DOI:?10.1002/smll.202301166