宁波材料所/宁波大学AFM：电化学抛光锂金属以抑制枝晶的通用策略

众所周知，锂(Li)的枝晶生长源于粗糙且不均匀的锂金属表面上的沉积，并且长期以来一直是锂金属电池的核心问题。

中科院宁波材料所吴敬华、姚霞银、黄良锋、宁波大学辛星等从腐蚀科学的角度提出了一种通过原位和非原位电化学抛光锂金属来抑制枝晶的通用策略。

图1 锂金属电化学抛光机理示意图

具体而言，作者通过双功能电解液的保护和腐蚀特性之间的智能平衡来动态稳定SEI。其中硝酸锂(LiNO₃)被采用作为主要电解质盐，因为它具有抑制LMB中枝晶的作用。详细研究表明，LiNO₃可形成以氧化锂(Li₂O)为主要成分的相对均匀SEI。

此外，卤化锂(LiX; X = Cl, Br, I)用作仲盐。LiX的腐蚀作用有望提供具有微观光滑表面的抛光锂电极。密度泛函理论(DFT)计算表明，LiX对锂金属的腐蚀强度按照Cl > Br > I的顺序降低，Br-具有适度的局部点蚀速率，可以与NO₃ˉ的钝化速率相平衡，从而有利于形成薄而强的SEI层。

图2 在不同电解液中锂沉积的显微图像

因此，锂金属可以提供或动态保持具有适当厚度（在锂表面的凸面较薄，在凹面部分较厚）的光滑SEI膜，这有助于由于较薄SEI膜的高锂离子电导率而首先溶解突出的锂。此外，抛光的锂表面仍然被均匀、光滑和薄的SEI层覆盖，这不仅抑制了枝晶形成的活性位点，而且改善了锂离子的扩散动力学，从而实现了锂的快速传输。

因此，抛光后的锂在对称电池和与 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM811)或LiFePO₄耦合的全电池中均表现出稳定的电压分布和高锂利用率。抛光锂电极的长循环寿命清楚地表明锂的均匀无枝晶沉积。总之，该策略通过在反复循环过程中提供再生均匀的锂表面，为实现锂的均匀沉积提供了新的方向。

图3 半电池和全电池性能

Electrochemical Polishing: An Effective Strategy for Eliminating Li Dendrites. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202203652

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宁波材料所/宁波大学AFM：电化学抛光锂金属以抑制枝晶的通用策略

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