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鋰金屬負(fù)極由于其高能量密度和低電化學(xué)氧化還原電位，是新一代儲能電池最有希望的候選者。然而，鋰負(fù)極中緩慢的離子擴散和不均勻的電場阻礙了其高倍率性能和深容量的長壽命性能。

AEM：高能重離子工程實現(xiàn)低迂曲度高孔隙率三維金屬長壽命鋰負(fù)極

在此，中國科學(xué)院近代物理研究所段敬來教授&北京航空航天大學(xué)楊樹斌& Gu Jianan團隊采用高能重離子示蹤法制備了具有低彎曲度和超高孔隙率的高度互連的三維金屬Cu&CuAux。因此，3D金屬Cu&CuAux由于其低彎曲度和超高孔隙率，可以在Li沉積過程中高度加速Li+的轉(zhuǎn)移，并降低Li成核勢壘。

此外，有限元模擬顯示，獨特的3D Cu&CuAux結(jié)構(gòu)可以高度均勻化電場和鋰離子通量，并降低鋰離子在鋰負(fù)極中的濃度梯度。結(jié)果表明，復(fù)合3D Cu&CuAux-Li負(fù)極具有超過2000 h的超高循環(huán)壽命和高倍率性能。由3D Cu&CuAux-Li負(fù)極和LiFePO₄正極組成的全電池也表現(xiàn)出良好的性能和高達(dá)200次循環(huán)的穩(wěn)定循環(huán)壽命。

圖1. 3D銅和銅箔表面電流密度分布的模擬結(jié)果

總之，通過高能重離子追蹤法制造出了一種自支撐的、高度互連的三維金屬基體，具有低迂曲度（1.3）和超高孔率（≈81.5%）。當(dāng)直接作為金屬鋰沉積的骨架時，三維金屬基體可以在鋰沉積過程中有效地重新分配電場和鋰離子流量。

此外，三維金屬基體還能降低局部電流密度和鋰成核障礙。這些均由于高孔隙率、親鋰的CuAux和增加鋰離子傳輸效率的低迂曲度。因此，復(fù)合三維Cu&CuAux-Li負(fù)極表現(xiàn)出超長的循環(huán)壽命，可達(dá)2160小時，并具有高的速率能力。由三維Cu&CuAux-Li負(fù)極和LiFePO₄正極組成的全電池表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能，可達(dá)200次。

圖2. 電化學(xué)性能

High-Energy-Heavy-Ion Engineering Low-Tortuosity and High-Porosity 3D Metallic Electrodes for Long-Life Lithium Anodes, Advanced Energy Materials?2023 DOI:?10.1002/aenm.202300129

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