​山大张忠华EnSM：多孔亲锂Cu-Sn固溶体集流体用于无枝晶锂金属电池

锂金属电池（LMB）具有高能量密度，但存在锂枝晶的形成和固体电解质界面不稳定的问题。

在此，山东大学张忠华团队通过气相合金化与气相脱合金相结合制造了三维多孔Cu-Sn固溶体作为LMB的集流体。作者研究了 Sn 添加对电化学性能和锂沉积/剥离行为的影响。以多孔铜（3D-Cu）为基底，添加亲锂性锡可有效提高锂沉积/剥离性能。在 1 mA cm⁻² 电流下循环 200 次后仍可保持 95% 的库仑效率。此外，与3D-Cu相比，固溶体中Sn的存在表现出更低的结合能（-3.223 eV）和成核过电势（28.9 mV）。此外，该工作还通过原位微分电化学质谱法探测了气体逸出情况。

图1. 制备流程

总之，该工作通过 VPA-VPD 方法设计并制备了不同锡添加量的多孔铜锡固溶体合金。研究发现，以多孔 Cu-Sn 为集流体，在 Cu 中添加 Sn 会显著影响电化学性能和锂沉积/剥离行为。特别是，铜基体中溶解的锡降低了成核障碍，为金属锂沉积提供了均匀的活性位置，从而抑制了锂枝晶的形成。

此外，孔隙结构可容纳金属锂，从而减少对体积膨胀的负面影响。原位 DEMS 结果表明，3D-Cu_98.5Sn_1.5 集流器能有效减轻 SEI 膜的破坏，避免电解液的持续消耗，从而抑制气体释放。

图2. 作用机制

Porous lithiophilic Cu-Sn solid solution current collector for dendrite-free lithium metal batteries， Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103079