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由于鋰金屬的高容量和低電極電位，它已被公認為是最有前景的負極材料。然而，鋰的高反應性、無限的體積變化以及在長期循環過程中不可控的枝晶生長嚴重限制了其實際應用。

圖1. 材料制備及表征

廣東工業大學黃少銘、李藝娟等通過簡單的冶煉-軋制方法設計構建了一種新型的三維鋁/鎂/鋰合金框架材料（記為AM-Li），以提高裸鋰金屬負極的電化學性能。所制備的AM-Li合金由Li相、Li₉Al₄相和Li-Mg固溶體組成。經過合金化改性，鋰金屬負極的空氣敏感性得到了一定程度的改善，這將有助于提高材料的安全性能，降低電池組裝過程中的環境嚴酷度。

此外，Li₉Al₄提供的三維骨架結構有利于降低局部電流密度，為容納鋰離子提供足夠的空間，緩解體積膨脹效應，從而提高充放電循環中的電極穩定性。同時，DFT計算證實，Li₉Al₄和Li-Mg固溶體對于鍍鋰具有更強的親鋰性，有利于誘導鋰離子的有序沉積，抑制鋰枝晶的生長。

圖2. 半電池性能

因此，對稱電池（AM-Li-4|AM-Li-4）表現出低極化電壓（< 20 mV）和完美的循環穩定性，在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下的循環時間超過1600小時。

此外，AM-Li-4|NCM811全電池（正極負載：≈20 mg cm^-2）表現出卓越的倍率能力，最高可達5C，并在0.5C下循環100次后容量保持率高達90.8%。

因此，這項研究表明，三維合金主體的微觀結構設計能夠穩定鋰金屬負極，這可以為開發高性能和高安全性的鋰金屬電池提供有益的思路。

圖3. 全電池性能

A Novel 3D Li/Li9Al4/Li-Mg Alloy Anode for Superior Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202213905

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廣工大黃少銘&李藝娟AFM：基于新型三維合金負極的先進鋰金屬電池

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