那兆霖/张新波AFM：纳秒脉冲激光辅助沉积法构建三维准梯度亲锂骨架

锂枝晶的持续增长和锂的体积变形严重阻碍了锂金属负极（LMAs）的商业应用。为调节锂的剥离/沉积，电沉积或磁控溅射被广泛用于制造亲锂金属沉积的三维锂宿主。然而，亲锂金属和宿主之间的结合力很弱，不可避免地导致亲锂金属表面层在锂沉积/剥离过程中出现许多裂缝/缺陷。

图1 材料制备及表征

大连大学那兆霖、中科院长春应化所张新波等首次通过低成本、简单、省时的纳秒脉冲激光辅助沉积策略，设计了一种准梯度（Cu-Cu₃Sn-Sn-SnO₂）三维骨架，它由Sn/SnO₂层与泡沫铜（LAD-SSC@CF）通过Cu₃Sn合金冶金结合，并作为LMA的宿主。研究显示，三维骨架的多孔空间减轻了LMAs的体积变形。在最初的放电过程中，Sn和SnO₂转变为Li₂₂Sn₅合金，这提供了丰富的Li活性位点，大大降低了Li成核过电位。此外，亲锂层的Cu₃S_n合金与Cu衬底的冶金结合在整个锂沉积/剥离过程中保持了LMAs的完整结构。受益于准梯度结构和三维骨架的协同作用，LAD-SSC@CF避免了LMAs的结构恶化，并大大改善了电池的电化学性能。

图2 对称电池性能

因此，LAD-SSC@CF|Li半电池的CE在2 mA cm^-2下的200次循环后，达到了97.9%。基于LAD-SSC@CF@Li电极的对称电池在1 mA cm^-2的条件下实现了1500小时的稳定循环。另外，采用LiFePO₄（LFP）正极的全电池在5 C的高倍率下显示出600次循环的长寿命，并提供高达81.3%的容量保持率。此外，作者通过这种策略在各种基底（Kapton薄膜、陶瓷、铜箔等）上构建了其他复合材料（In、Zn、Sn-Bi等）的负载，这也证实了脉冲激光辅助沉积制备电池材料的多功能性。

图3 LFP|LAD-SSC@CF@Li电池性能

Nanosecond Pulsed Laser-Assisted Deposition to Construct a 3D Quasi-Gradient Lithiophilic Skeleton for Stable Lithium Metal Anodes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202303319

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