楼雄文Science子刊：三合一，锂金属沉积调控取得突破！

由于理论比容量超高（3861 mAh g⁻¹）和低氧化还原电位（−3.04 V vs SHE），金属锂被认为是高能量密度可充电电池最有前途的阳极材料之一。然而，Li枝晶的不可控制生长和固体/电解质界面（SEI）层的坍塌导致库仑效率（CE）低和循环性能恶化，这在很大程度上限制了Li金属阳极（LMA）的实际应用。

3D多孔碳纳米纤维是有效的Li宿主，具有高容量和长寿命。然而，由于Li离子的吸附能力较差，常规的三维框架很难调节电极/电解质界面附近的Li离子浓度。值得注意的是，极性官能团等一些具有高吸锂能力的亲锂物种能够降低Li成核过电位，促进均匀电镀Li。例如，杂原子掺杂的碳具有良好的亲锂性，可以引导均匀的锂成核。

此外，锂表面合金的形成可以为锂的沉积提供一个稳定的界面，这是由于锂在复合材料中的扩散系数增强，导致超低形核过电位。例如，从Ag-Li二元相图(图1A)可以看出，在Li原子百分数的很大范围内可以形成一系列固溶体。Ag纳米粒子在Li中具有高溶解度的特性，可以与Li反应形成固溶界面，从而降低了Li的成核能，从而帮助向内生长镀Li，同时避免表面沉积。而Cu-Li二元图只有一个固溶区。在Li沉积过程中，Li枝晶会在平面Cu上生长(图1B)，导致CE的下降。虽然上述策略已被提出并证明可以有效抑制树枝状锂的生长，但综合了多种优势(如三维大孔结构、亲锂位点和固溶界面)的混合结构设计却很少被报道。

南洋理工大学楼雄文教授在Science Advances发表了成果，将上述三种优势结合在一起，合成了嵌上Ag纳米粒子的、N掺杂的、含大孔的碳纤维，将其作为锂金属的宿主。由于具有以下多种优势：

(i) 具有大表面积的3D大孔导电结构，有效地降低局部电流密度；

(ii) 可伸缩和稳定的骨架，以缓冲长期循环中的压缩应力；

(iii) 大孔结构，以适应在大电流运行时的快速体积变化；

(iv) 亲锂的氮掺杂碳位可均匀化Li沉积并引导晶核分布；

(v) 可逆的Ag-Li固溶体；

可以通过Ag@CMF载体有效调控Li沉积特性。Ag@CMF复合材料能够在不同电流密度下进行500多次高CE、无枝晶Li电镀/剥离行为。Ag@CMFs-Li对称电池在超过10 mA cm⁻²的超高电流密度下表现出优越的倍率能力和稳定的循环性能（300小时）。此外，当该阳极与LiFePO₄ (LFP)阴极耦合时，Ag@CMFs-Li//LFP全电池也表现出高倍率性能和长期循环寿命（250圈，容量保持70%）。

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