丁书江教授Angew.：高通量固体电解质界面助力（110）定向锂沉积实现无枝晶锂金属电池

作为一种典型的电沉积过程，Li沉积的形貌本质上取决于晶体结构。作为一种体心立方（bcc）晶体，Li通常表现出低折射率晶面（110）和高折射率晶面的（200）、（211）。由于Li原子在Li（110）平面上的Li原子迁移势垒比在Li（200）平面上低得多，因此通常认为Li（110）面比其他晶面更不容易生长枝晶。因此，构建（110）取向的Li沉积是实现高性能LMBs的有效策略。

在此，西安交通大学丁书江教授团队报道了一种高通量固体电解质界面（SEI）策略，即使在（200）取向的Li衬底上也能引导（110）优选的Li沉积。即在Li电结晶过程中，扩展了Bravais规则和Curie-Wulff原理，使SEI工程与择优取向之间的关系解耦。

此外，多光谱技术与动力学分析相结合表明，高通量CF₃Si（CH₃）₃（F₃）诱导的具有高LiF和-Si（CH₃）₃含量的SEI（F₃-SEI）可以巧妙地加速Li⁺传输动力学，并确保低于SEI的Li⁺浓度足以引导Li（110）取向。诱导的Li（110）可以进一步促进Li原子的表面迁移，以避免尖端聚集，从而导致Li的平面、无枝晶形态。

图1.锂沉积的晶体学分析

总之，该工作通过SEI工程有效地诱导了(110)晶面取向的锂沉积，采用简单的CF₃Si(CH₃)₃溶剂滴加形成高通量SEI，加速了Li⁺的传输动力学，促进了Li⁺在SEI上的表面迁移。形成的Li(110)能进一步加速Li原子在Li表面的表面迁移。根据Bravais规则和Curie-Wulff原理，充分而均匀的Li⁺供给可以形成平行于Li衬底的平面。

此外，F₃SEI具有336天以上的晶体定向加速调节能力，以及扣式和软包全电池具有优越电化学性能。总之，该项工作证明了通过SEI工程有效控制Li晶体取向的可行性，加深了对沉积过程中Li晶体学的理解，并促进了LMBs的工业化进程。

图2. 扣式与软包全电池的电化学性能

Directing (110) Oriented Lithium Deposition through High-flux Solid Electrolyte Interphase for Dendrite-free Lithium Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202309622