麦立强/安琴友NSR: 锯齿状LiF纳米纤维编织中间层实现均匀锂沉积！

由于锂金属负极具有超高的理论容量和最低的电化学电位，锂金属电池被认为是下一代高能储能系统中极有前途的候选者。然而，锂枝晶的不可控生长已成为锂金属负极在高性能可充电锂电池中实际应用的最大障碍。

图1. 本文提出的中间层生长机制和结构表征

在此，武汉理工大学麦立强教授、安琴友研究员等人通过简单的冷冻干燥过程合成了一种由毫米级、单晶和锯齿状LiF纳米纤维编织而成的独特LiF中间层（LiF-NFs-IL），以实现无枝晶和高效的锂金属沉积。电子显微镜表征证明了“冰升华”诱导的LiF-NFs沿 <111> 取向的垂直结晶生长机制，通过抽滤制备的多孔LiF-NFs-IL表现出优异的热稳定性、润湿性和高Li⁺迁移数。

当将其用于锂金属电池时，它会诱导形成“富含LiF-NFs”的SEI，LiF-NFs和有机/无机物种之间的连续Li⁺传输界面降低了SEI电阻，SEI和锂金属之间的另一个Li-LiF界面为减少Li⁺吸附和成核能垒提供了亲锂位点。同时，Li-LiF界面之间Li⁺的高扩散能垒导致Li生长速率低，有利于Li的平坦和致密沉积。

图2. 原位光学观察和锂沉积形态

因此，在1 mA cm^-2和4 mAh cm^-2时，具有LiF-NFs-IL的对称Li//Li电池表现出优异的循环稳定性（1600小时）和低过电位（~30 mV）。此外，基于LiF-NFs-IL的Li//rGO-S电池在1 C时仍显示出528 mAh g^-1的高比容量，在17.9 mA cm^-2时以高达5.65 mAh cm^-2的面积容量可稳定循环400小时，大大超过了商业锂离子电池（3~4 mAh cm^-2）。

当与高负载NCM-811正极（8.3 mg cm^-2）配对时，具有LiF-NFs-IL涂层的锂金属负极在0.5 C下200次循环后具有85%的高容量保持率和低电压滞后。甚至，LiF-NFs-IL还非常容易集成到各种液体甚至固体锂金属电池中。总之，这种独立式LiF-NFs-IL在商用锂电池中表现出明显优势，并显示出扩展固态锂电池应用的巨大潜力。

图3. 基于LiF-NFs-IL的锂金属电池的电化学性能

Serrated lithium fluoride nanofibers-woven interlayer enables uniform lithium deposition for lithium metal batteries, National Science Review 2022. DOI: 10.1093/nsr/nwac183