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宋忠孝/劉洋洋Small Methods：氧化銦表面改性一石二鳥實現(xiàn)無枝晶鋰負極

鋰金屬因其卓越的3860 mAh g^-1比容量和-3.04 Vvs.標準氫電極的最低還原電位而被認為是最有前景的負極材料。然而，鋰金屬電池（LMBs）的實用化仍然受到鋰在循環(huán)過程中枝晶生長的挑戰(zhàn)，這取決于電沉積基板的表面特性。

西安交通大學(xué)宋忠孝、劉洋洋等提出了通過磁控濺射在銅集流體上利用氧化銦（In₂O₃）進行表面改性，它可以自發(fā)鋰化以形成高介電常數(shù)的LiInO₂和超親鋰Li_xIn合金復(fù)合物。

圖1 理論計算

研究顯示，高介電LiInO₂修飾的內(nèi)亥姆霍茲平面（IHP）可促進鋰離子的脫溶劑化，而親鋰的Li_xIn合金具有較低的自擴散勢壘以改變鋰金屬的成核過程，從而誘導(dǎo)鋰金屬的二維成核。因此，合理選擇In₂O₃作為表面改性劑，不僅可以調(diào)節(jié)IHP以促進鋰離子的脫溶劑化，而且還可以調(diào)節(jié)親鋰表面的成核過程以實現(xiàn)鋰金屬的均勻電沉積。

圖2 對稱電池性能

實驗顯示，采用In₂O₃改性后，鋰金屬負極呈現(xiàn)出非凡的電化學(xué)性能，Li|Cu半電池在100次循環(huán)中表現(xiàn)出96%的高CE，而且Li|LiCoO₂全電池在600次循環(huán)后提供了80%的容量保持率。展望未來，這種可擴展的磁控濺射表面改性為鋰金屬在具有令人滿意能量密度的下一代鋰金屬電池中的商業(yè)應(yīng)用鋪平了道路。

圖3 Li|Cu和Li|LCO電池性能

Two Birds with One Stone: Using Indium Oxide Surficial Modification to Tune Inner Helmholtz Plane and Regulate Nucleation for Dendrite-free Lithium Anode. Small Methods 2022. DOI: 10.1002/smtd.202200113

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