人們對高能量密度鋰基充電電池的追求激發(fā)了對鋰金屬負(fù)極的大量研究。然而，一些重大挑戰(zhàn)，包括嚴(yán)重的寄生反應(yīng)和鋰枝晶的生長會導(dǎo)致電極快速失效，阻礙了鋰金屬負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用。

圖1 鋰剝離/沉積過程中合金元素在電極界面的動態(tài)濃度示意

華中科技大學(xué)孫永明等研究了鋰固溶體負(fù)極在電化學(xué)鋰剝離/沉積循環(huán)過程中的成分演變及其對改善電化學(xué)性能的特殊作用。銀和鎂的引入有助于信號相鋰固溶體的形成。研究表明，鋰固溶體中的合金元素在循環(huán)過程中不斷在反應(yīng)層中演化。鋰剝離后，合金元素在負(fù)極表面富集，并在鋰沉積過程中重新分散到沉積鋰中。富含合金元素的表面可降低鋰成核障礙，促進(jìn)鋰鍍層的均勻性。

值得注意的是，這種電化學(xué)鋰剝離/沉積行為的動態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制與鋰金屬間化合物基復(fù)合材料的動態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制明顯不同，后者的鋰金屬間化合物成分和結(jié)構(gòu)在循環(huán)過程中保持不變。

圖2 半電池性能

為揭示這種新型機(jī)制的巨大優(yōu)勢，這項(xiàng)工作探索了活性鋰容量高達(dá)≈3400 mAh g-1的超薄鋰固溶體（鋰銀和鋰鎂）負(fù)極，在相同的測試條件下，與純鋰金屬負(fù)極相比，它們在對稱和全電池配置中的循環(huán)壽命都延長了一倍。此外，組裝的1.4 Ah層疊NCM622||鋰-銀（30微米）軟包電池顯示出836 Wh L-1的高能量密度，以及在苛刻條件（N/P比為2、E/C比為2.6 g Ah-1）下穩(wěn)定的循環(huán)性能。

圖3 全電池性能

Dynamic Concentration of Alloying Element on Anode Surface Enabling Cycle-Stable Li Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307281