基于低的還原電勢（?3.04 V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極）和高的理論比容量（3860 mAh/g），金屬鋰電極在下一代高比能鋰二次電池體系（如Li?S、Li?O2和固態(tài)鋰電池）中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，長期以來上述金屬鋰二次電池一直存在庫侖效率低、循環(huán)壽命差及安全隱患高等問題。這些問題的產(chǎn)生一方面源自于高活性金屬鋰易與電解液發(fā)生副反應(yīng)，從而導(dǎo)致電解液惡性降解；另一方面是由于金屬鋰負(fù)極表面極易生長并積累大量枝晶狀鋰沉積，嚴(yán)重時鋰枝晶易刺穿隔膜引發(fā)電池短路。大量研究表明，通過對金屬鋰負(fù)極進(jìn)行表面改性，可有效緩解金屬鋰與電解液之間副反應(yīng)的發(fā)生，同時有利于減少鋰枝晶的生長。
近日，北京理工大學(xué)材料學(xué)院吳鋒院士團(tuán)隊譚國強(qiáng)教授課題組提出采用一步化學(xué)置換策略（2Li + Mg(PF6)2 = Mg + 2LiPF6），成功在金屬鋰負(fù)極表面原位構(gòu)筑了一層均相鋰鎂合金保護(hù)層。該鋰鎂合金層在電池工作過程中可起到離子分散器和表面穩(wěn)定劑的作用。研究發(fā)現(xiàn)：鋰鎂合金降低了鋰負(fù)極表面的化學(xué)活性，減少了界面副反應(yīng)，同時鋰鎂合金層對電解液具有高耐受性，可有效緩解電解液對鋰負(fù)極的侵蝕；此外，由于鎂具有高親鋰性，均質(zhì)的合金相有利于鋰離子的均勻嵌入與脫出，抑制了鋰枝晶的形成。電化學(xué)測試結(jié)果表明：該類鋰鎂合金層保護(hù)的鋰負(fù)極表現(xiàn)出較純金屬鋰負(fù)極顯著提高的電化學(xué)性能，其與磷酸鐵鋰匹配組裝的電池在1 C倍率下可穩(wěn)定循環(huán)450周以上，電池容量保持率達(dá)到90.5%；其與NCM811三元匹配組裝的電池在1 C倍率下可穩(wěn)定循環(huán)500周以上。這種原位構(gòu)筑保護(hù)層的設(shè)計很大程度上克服了傳統(tǒng)鋰負(fù)極保護(hù)策略的主要短板，能更好的穩(wěn)定電極結(jié)構(gòu)且有效地解決鋰枝晶問題?；瘜W(xué)置換的獨(dú)特構(gòu)造機(jī)制可能改變高性能金屬電極的設(shè)計范式。此外，簡便高效的制造方法使合金保護(hù)鋰負(fù)極能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，用于未來高比能鋰金屬電池。 論文信息 Chemical Substitution-Grown Li-Mg Alloy as Ion Redistributor and Surface Protector for Highly Stable Lithium Metal Anode Zenan Zhao, Mengmeng Qian, Jing Wang,* Wenze Cao, Xianfu Qin, Penghui Guo, Shuang Hao, Ran Wang, Feng Wu, Guoqiang Tan* 本文第一作者為碩士研究生趙澤楠，通訊作者為譚國強(qiáng)教授和王敬副教授。 Batteries＆Supercaps DOI: 10.1002/batt.202200232
