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具有穩定固體電解質界面（SEI）和無枝晶形成的鋰金屬電池（LMBs）在下一代儲能裝置中具有巨大的潛力。

圖1. Cu₂S NS@Cu箔的制備和表征

北京航空航天大學宮勇吉等提出了一種具有獨特微/納米結構和穩定鋰/電解質界面的新型親鋰集流體（CCs），它同時降低了銅箔的”自重”，平衡了Li⁺/e^?傳輸速率比和比表面積。

這種CCs是通過恒電流負極氧化和快速低溫硫化技術制備的：首先，垂直排列的CuO納米片陣列通過負極氧化均勻地生長在Cu箔的表面（CuO NS@Cu箔），接下來，在H₂S/Ar的混合流下對所得到的CuO NS@Cu箔進行硫化，以獲得Cu₂S NS@Cu箔，經過最初的活化過程，Cu₂S NS將自發地原位轉化為表面帶有超薄Li₂S層的Cu納米片（Li₂S-Cu NS@Cu箔）。

令人印象深刻的是，垂直排列的Cu₂S納米片陣列可以顯著增加Cu箔的表面積，使其達到適當的水平，從而有效降低局部電流密度，實現電荷的均勻分布，并通過原位鋰化作用轉化為均勻的人造Li₂S SEI。

在鋰沉積過程中，Li⁺必須越過Li₂S層，該層電子絕緣但離子導電，以接受e^?，然后在Cu納米片和Li₂S層之間形成金屬狀態的板，從而大大抑制了與新鮮Li的反應或逃逸e-的攻擊引起的電解液二次分解。隨著沉積能力的增加，沉積在三維NS表面的鋰會逐漸融合在一起，顯示出超扁平的平面沉積。

圖2. Cu₂S NS@Cu箔用于鋰沉積/剝離的循環穩定性

有趣的是，Li₂S層總是可以從三維納米片表面可逆地移動到鋰的二維平面表面，這不僅保持了無缺陷的結構，而且在長期循環過程中具有很強的阻斷電子的能力。

更重要的是，與采用Li₂CO₃（~10^-8S cm^?1）和LiF（~3×10^-9 S cm^?2）的傳統SEI相比，Li₂S層（~10^-5 S cm^-1）的高Li⁺電導率可以促進有效的Li⁺傳輸，從而平衡e^?和Li⁺之間的動力學行為。

因此，受益于納米片陣列和超薄Li₂S層的巧妙協同作用，Cu₂S NS@Cu箔甚至在10 mAh cm^-2時也能實現超平滑和致密的鋰沉積，平均厚度為53.0 μm。

在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2的情況下，實現了超長的循環行為（超過1150次循環）和99.1%的超高CE。即使在5 mA cm^-2的條件下將面容量增加到5 mAh cm^-2，穩定的循環行為仍然可以在200多次循環中保持98.3%的高平均CE。

當與高負載LiFePO₄（LFP）和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）正極相結合時，全電池在貧電解液和有限（或零）鋰源下，即使在-20℃下，仍表現出優異的倍率性能和長期循環壽命。

圖3. 全電池性能

Ultra-Smooth and Dense Lithium Deposition Toward High-Performance Lithium Metal Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202210130

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