卢周广/程鑫/罗光富EnSM: 梯度SEI引导无负极电池可调储层中的锂沉积

无负极电池（AFB）作为一种特殊类型的锂金属电池（LMB），因为避免了锂金属箔的处理和制造且具有超高能量密度的潜力而引起广泛关注，但锂枝晶在很大程度上阻碍了其实际应用。

在此，南方科技大学卢周广教授、程鑫教授及罗光富副研究员等人采用纳米微压印技术在市售铜箔的表面上创建高度规则的微孔网格 (MHG) 多孔结构，然后在预先设计的MHG-Cu储层上原位生长梯度固体电解质界面 (SEI) 层来引导均匀的锂沉积和传播，从而稳定电极界面且表面应力显著降低，使AFB具有出色的面积容量和循环性能。

通过冷冻电镜 (Cryo-TEM) 和XPS证实梯度SEI由 (1) 弹性有机顶层组成，以阻止非锂物质迁移并承受体积波动，以及 (2) 亲锂性的富LiCl底层以提供快速的锂供应。Operando电子顺磁共振（EPR）显示出动态锂沉积，明确表明无枝晶行为。

图1. 充电过程中不同集流体上的的锂沉积示意图

因此，具有MHG结构的可调Cu储层（MHG-Cu-CuCl）可以释放镀锂的应力并抑制锂枝晶的生长，进一步实现0.01~5.18 mAh cm^-2的可调容量。

此外，MHG-Cu-CuCl||LFP无负极电池表现出优异的库仑效率（平均99.6%）、倍率性能和循环稳定性（100次循环的保持率为76.6%），远优于具有平面集流体的对照电池。这些发现将为未来的设计提供启示，并加速高能量、安全的可充电无负极LMB的工业应用。

图2. MHG-Cu-CuCl||LFP无负极电池的电化学性能

Gradient nano-recipes to guide lithium deposition in a tunable reservoir for anode-free batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.037

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