张山青/赖超AEM: CuCl2改性实现无枝晶、长寿命的锂金属负极！

锂金属具有3860 mAh g^-1的超高理论比容量和最低的电化学电位，因而被认为是可充电锂离子电池（LIB）的低容量碳负极的理想替代品。然而，源于锂枝晶不可控形成和生长的安全问题严重困扰着其实际应用。

在此，澳大利亚格里菲斯大学张山青教授、江苏师范大学赖超教授等人通过在锂负极表面旋涂CuCl₂-N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶液，构建了具有动态保护机制的多功能锂负极保护层。CuCl₂和Li金属之间的反应所制备的保护层具有可变的多孔玫瑰状纳米结构形态，由导电锂铜合金和电化学活性CuCl组成。

其中锂铜合金可以提供快速的电子传输路径并促进电荷的均匀分布，而保护层的多孔结构保证了锂离子的平稳传输，从而实现了均匀的电镀和剥离。有趣的是，由于CuCl的可逆氧化还原特性，其可以实现锂离子的主动存储和释放，同时不断地改变保护层的形态。因此，这种独特的组合协同促进了均匀的Li⁺沉积。

图1. CuCl₂/Li表面保护层的保护机理

研究表明，这种动态保护机制源于参与电化学过程的氧化还原物质CuCl，导致原位形成平坦的SEI膜，从而确保了锂金属负极在半电池和全电池配置中的长期稳定性。具体而言，在对称Li|Li电池中，改性锂负极在1 mA cm^-2的电流密度下可稳定循环超过1500小时。由于界面保护层的温和形成和演变，在高电流密度下在CuCl₂/Li 中检测到更稳定的极化。

此外，在全电池配置中，所提出的与磷酸铁锂（LFP）正极配对的CuCl₂/Li电极可在5C的高倍率下循环2000次后提供85.6% 的容量保持率。因此，这种通过结合电化学活性成分提出的动态保护机制可以为制备安全和高性能的锂金属负极提供新的指导，进一步激发安全、高性能锂金属负极的广泛应用。

图2. 基于CuCl₂/Li负极的半/全电池性能

CuCl₂-Modified Lithium Metal Anode via Dynamic Protection Mechanisms for Dendrite-Free Long-Life Charging/Discharge Processes, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103480

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张山青/赖超AEM: CuCl2改性实现无枝晶、长寿命的锂金属负极！

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