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鋰金屬具有3860 mAh g^-1的超高理論比容量和最低的電化學電位，因而被認為是可充電鋰離子電池（LIB）的低容量碳負極的理想替代品。然而，源于鋰枝晶不可控形成和生長的安全問題嚴重困擾著其實際應用。

在此，澳大利亞格里菲斯大學張山青教授、江蘇師范大學賴超教授等人通過在鋰負極表面旋涂CuCl₂-N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶液，構建了具有動態保護機制的多功能鋰負極保護層。CuCl₂和Li金屬之間的反應所制備的保護層具有可變的多孔玫瑰狀納米結構形態，由導電鋰銅合金和電化學活性CuCl組成。

其中鋰銅合金可以提供快速的電子傳輸路徑并促進電荷的均勻分布，而保護層的多孔結構保證了鋰離子的平穩傳輸，從而實現了均勻的電鍍和剝離。有趣的是，由于CuCl的可逆氧化還原特性，其可以實現鋰離子的主動存儲和釋放，同時不斷地改變保護層的形態。因此，這種獨特的組合協同促進了均勻的Li⁺沉積。

圖1. CuCl₂/Li表面保護層的保護機理

研究表明，這種動態保護機制源于參與電化學過程的氧化還原物質CuCl，導致原位形成平坦的SEI膜，從而確保了鋰金屬負極在半電池和全電池配置中的長期穩定性。具體而言，在對稱Li|Li電池中，改性鋰負極在1 mA cm^-2的電流密度下可穩定循環超過1500小時。由于界面保護層的溫和形成和演變，在高電流密度下在CuCl₂/Li 中檢測到更穩定的極化。

此外，在全電池配置中，所提出的與磷酸鐵鋰（LFP）正極配對的CuCl₂/Li電極可在5C的高倍率下循環2000次后提供85.6% 的容量保持率。因此，這種通過結合電化學活性成分提出的動態保護機制可以為制備安全和高性能的鋰金屬負極提供新的指導，進一步激發安全、高性能鋰金屬負極的廣泛應用。

圖2. 基于CuCl₂/Li負極的半/全電池性能

CuCl₂-Modified Lithium Metal Anode via Dynamic Protection Mechanisms for Dendrite-Free Long-Life Charging/Discharge Processes, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103480

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張山青/賴超AEM: CuCl2改性實現無枝晶、長壽命的鋰金屬負極！

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