鋰金屬負極因其高理論容量和低還原電位而被認為是最有前途的負極。但由于無限的體積膨脹、嚴重的副反應(yīng)和不可控的枝晶形成，其大規(guī)模商業(yè)化受到阻礙。

在此，天津大學(xué)馬慶濤、胡正林，羅加嚴等人利用熔融發(fā)泡法制備自支撐多孔鋰泡沫負極?？烧{(diào)節(jié)的互穿孔結(jié)構(gòu)和內(nèi)表面上致密的Li₃N保護層涂層使得鋰泡沫負極在循環(huán)過程中對電極體積變化、寄生反應(yīng)和枝晶生長具有很大的耐受性。使用高面積容量(4.0 mAh cm^-2) NCM811正極的全電池，N/P比為2，E/C比為3g Ah^-1，可穩(wěn)定運行200次，容量保持率為80%。相應(yīng)的軟包電池每個周期的壓力波動小于3%，壓力累積幾乎為零。

圖1. 鋰泡沫的合成及性能研究

總之，本工作通過簡單的熔融發(fā)泡法制備了自支撐鋰泡沫負極，其多孔結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)沉積鋰的體積波動，致密的Li₃N保護層可以促進無枝晶鋰的沉積。因此，Li泡沫陽極可以承受高達40mA cm^-2的高電流密度。在高正極面積容量(4 mAh cm^-2)、低N/P比(2)和貧電解質(zhì)(3g Ah^-1)的實際條件下，使用LCO和NCM811正極的全電池可以穩(wěn)定地循環(huán)200次以上，容量保持率為80%。本研究還組裝了Ah級軟包電池，證明體積變化為零。這里的鋰泡沫負極顯示了高性能鋰金屬電池的巨大潛力，并且可擴展的熔融發(fā)泡方法也適用于其他金屬負極。

圖2. 鋰泡沫的電化學(xué)性能

Lithium Foam for Deep Cycling Lithium Metal Batteries, Small 2023 DOI:?10.1002/smll.202301166