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Nature子刊：超穩(wěn)定鋰負(fù)極，10 mA/cm2下循環(huán)1萬次！

調(diào)節(jié)鋰沉積的形態(tài)是延長鋰金屬電池循環(huán)壽命的關(guān)鍵。致命的枝晶生長與鋰金屬表面的面外成核密切相關(guān)。

圖1. 鋰箔的加工及表征

韓國建國大學(xué)Ki Jae Kim、首爾大學(xué)Jang Wook Choi等報(bào)告了通過采用簡單的溴基酸堿化學(xué)方法去除原生氧化層，在金屬鋰箔和鋰沉積物之間實(shí)現(xiàn)了幾乎完美的晶格匹配。大多數(shù)現(xiàn)有的為LMB修飾鋰箔的方法都依賴于在原生氧化層上沉積額外的結(jié)構(gòu)或保護(hù)層。然而，即使是幾納米厚的鈍化層也會(huì)阻礙首次充電時(shí)的均勻鍍鋰，而且在這個(gè)早期階段不均勻的鋰核會(huì)對(duì)后續(xù)循環(huán)的可逆性以及最終電池的循環(huán)壽命產(chǎn)生負(fù)面影響。

從相反的方向來看，這項(xiàng)工作通過采用一個(gè)簡單的基于溴的酸堿反應(yīng)來去除鈍化層，該反應(yīng)可與電池組集成，以防止鋰箔發(fā)生再氧化。裸露的鋰皮在最初的循環(huán)中誘導(dǎo)外延的鋰沉積，明顯地抑制了與原生氧化層有關(guān)的不需要的現(xiàn)象，如高過電位的不均勻成核現(xiàn)象。

圖2. 對(duì)稱電池性能

因此，采用處理的鋰箔，鋰-鋰對(duì)稱電池在10 mA cm^-2下保持穩(wěn)定的循環(huán)超過10,000次，與磷酸鐵鋰配對(duì)的全電池在2.5的實(shí)用N/P比下也具有3.3 mAh cm^-2的高面容量，以及在300次循環(huán)后86%的高容量保持率。總體而言，這項(xiàng)研究闡明了控制初始表面狀態(tài)以促進(jìn)同質(zhì)外延鋰沉積對(duì)鋰金屬電池的可持續(xù)循環(huán)的有用性。

圖3. 全電池性能

Naked metallic skin for homo-epitaxial deposition in lithium metal batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-36934-x

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