马庆涛/胡正林/罗加严Small：用于深循环锂金属电池的锂泡沫

锂金属负极因其高理论容量和低还原电位而被认为是最有前途的负极。但由于无限的体积膨胀、严重的副反应和不可控的枝晶形成，其大规模商业化受到阻碍。

在此，天津大学马庆涛、胡正林，罗加严等人利用熔融发泡法制备自支撑多孔锂泡沫负极。可调节的互穿孔结构和内表面上致密的Li₃N保护层涂层使得锂泡沫负极在循环过程中对电极体积变化、寄生反应和枝晶生长具有很大的耐受性。使用高面积容量(4.0 mAh cm^-2) NCM811正极的全电池，N/P比为2，E/C比为3g Ah^-1，可稳定运行200次，容量保持率为80%。相应的软包电池每个周期的压力波动小于3%，压力累积几乎为零。

图1. 锂泡沫的合成及性能研究

总之，本工作通过简单的熔融发泡法制备了自支撑锂泡沫负极，其多孔结构可以适应沉积锂的体积波动，致密的Li₃N保护层可以促进无枝晶锂的沉积。因此，Li泡沫阳极可以承受高达40mA cm^-2的高电流密度。在高正极面积容量(4 mAh cm^-2)、低N/P比(2)和贫电解质(3g Ah^-1)的实际条件下，使用LCO和NCM811正极的全电池可以稳定地循环200次以上，容量保持率为80%。本研究还组装了Ah级软包电池，证明体积变化为零。这里的锂泡沫负极显示了高性能锂金属电池的巨大潜力，并且可扩展的熔融发泡方法也适用于其他金属负极。

图2. 锂泡沫的电化学性能

Lithium Foam for Deep Cycling Lithium Metal Batteries, Small 2023 DOI: 10.1002/smll.202301166