​川大/德克萨斯大学AEM：无负极金属锂电池中外部压力、SEI 结构和电沉积形态之间的相互关系

锂金属因其高容量（3860 mAhg^-1）和相关的低充电电压而被认为是锂二次电池下一代负极的最终选择。然而，锂的电沉积/溶剂化往往是非平面的，存在金属枝晶、金属空隙和不稳定的固态电解质相（SEI）。

在此，美国德克萨斯大学David Mitin、四川大学刘慰等人探讨了外部压力（0.1、1 和 10 MPa）、固体电解质界面（SEI）结构/形态与锂金属沉积/剥离行为之间的相互关系。为了模拟无负极锂金属电池（AF-LMB），对商用碳酸酯电解液中的 “空 “铜集流体进行了分析。较低的压力会促进富含有机物的 SEI 和宏观上异质的、丝状的锂沉积物，其中夹杂着孔隙。较高的压力可促进富含 F 的无机 SEI，形成更均匀、更致密的锂膜。

在 1MPa 压力下可实现优异电化学性能：其半电池在 1 mA cm^-2 -3 mAh cm^-2 容量（17.5 µm 沉积/剥离）条件下经过 300 小时（50 个循环）后保持稳定，循环库仑效率 (CE) 为 99.8%。采用高负载 NMC622 正极（21 mg cm^-2）的 AF-LMB 电池在 C/5 充电和 C/2 放电（1C = 178 mA g^-1）条件下循环 200 次，CE 为 99.4%。

图1. DFT计算

总之，该工作采用了一层直接涂覆在集流体上的原始石墨烯（pG@Cu），证明增强金属润湿性能直接替代较高的压力来稳定锂的电沉积/剥离化行为。研究表明，石墨烯层可使无负极锂金属电池（AF-LMB）在1 MPa中实现稳定的电沉积/剥离。pG层与 1 MPa 低压之间的协同作用实现了锂在整个长循环过程中的平面沉积，使半电池的库仑效率 (CE) 达到 99.8%，并实现了高容量负载全电池的稳定循环。

此外，密度泛函理论 (DFT) 表明溶剂化的 Li⁺ 在 Cu (100)、(110) 和 (111) 不同晶面上的吸附能与石墨烯锂化/去锂化的吸附能之间的差异，从而揭示了支撑表面能量在促进 SEI 异质性方面的作用。

图2. 电池性能

Interrelation Between External Pressure, SEI Structure, and Electrodeposit Morphology in an Anode-Free Lithium Metal Battery, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302261