鋰由于其極高的理論容量和最低的電化學(xué)電位而被認(rèn)為是下一代鋰金屬電池 (LMB) 的理想負(fù)極。

然而由不可控的枝晶生長(zhǎng)和嚴(yán)重的副反應(yīng)引起的安全問題和較差的循環(huán)穩(wěn)定性阻礙了其在LMB中的實(shí)際應(yīng)用。盡管已經(jīng)提出了各種制造鋰負(fù)極的策略，但開發(fā)高倍率LMB仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

在此，韓國(guó)高麗大學(xué)Dong-Wan Kim等人提出了一種新穎的工業(yè)可行的策略，通過化學(xué)腐蝕的超薄硅片和紐扣型電池中的Li之間的自發(fā)合金化反應(yīng)（也稱為預(yù)鋰化），在Li負(fù)極上制備三維多孔Li-Si合金型界面骨架（LSIF）。

平衡的離子/電子導(dǎo)電LSIF作為穩(wěn)定的鋰主體，有助于抑制循環(huán)過程中的枝晶生長(zhǎng)和體積膨脹。此外，LSIF@Li負(fù)極對(duì)鋰有很強(qiáng)的親和力、快速的鋰擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和低成核/擴(kuò)散勢(shì)壘。

圖1. 預(yù)鋰化期間的形態(tài)演變及機(jī)理示意圖

因此，開發(fā)的對(duì)稱電池具有超長(zhǎng)的壽命（≈1000 h），并且在惡劣的條件下穩(wěn)定循環(huán)達(dá)到400次。

此外，當(dāng)與商用LiNi_0.5C_0.2Mn_0.3O₂（NCM）或LiFePO₄（LFP）配合組合時(shí)，采用LSIF@Li負(fù)極的LMB可提供出色的倍率性能（0.5-10 C）、優(yōu)異的容量保持率和穩(wěn)定的CE（>99%），以及在10 C下穩(wěn)定的長(zhǎng)期循環(huán)性能（NCM為1000次，LFP為2000次）。

這些結(jié)果表明，開發(fā)的 LSIF@Li負(fù)極是一種有前途的“防枝晶”（無鋰枝晶生長(zhǎng)）負(fù)極材料，可在下一代可充電電池中實(shí)現(xiàn)快速充電。

圖2. LSIF@Li負(fù)極與NCM、LFP正極組合時(shí)的電化學(xué)性能

Porous Lithiophilic Li–Si Alloy-Type Interfacial Framework via Self-Discharge Mechanism for Stable Lithium Metal Anode with Superior Rate, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101544