具有高比容量和低氧化還原電位的鋰(Li)金屬被廣泛認為是具有高能量密度的鋰離子電池(LIB)的潛在負極。然而,災難性的枝晶生長、“死鋰”形成和表面鈍化阻礙了其實際應用。在此,湖南大學馬建民副教授、中國礦業大學劉瑞平教授等人在鋰金屬負極保護上采用了與表面圖案化工程相結合的選擇性SEI層改性策略,可獲得脊部較厚的均勻Li2S/Li2S2(LS)層的陣列結構Li金屬板。具體而言,作者首先將不銹鋼網(SSM)壓在鋰箔上以在鋰表面上構造凹槽和脊(陣列Li,A-Li)。在去除SSM模具之前,通過蒸發多硫化鋰將Li2S/Li2S2沉積在Li脊的暴露位置上(表示為LS@A-Li)。因此,Li2S層可以通過避免尖端效應和促進槽中的鋰沉積來促進鋰電鍍。與之前的工作報道的鋰上完全SEI覆蓋不同,低電導率的Li2S層僅屏蔽脊位,因此不會犧牲鋰箔上的活性凹槽區域。適當厚度的SEI可保護頂面同時充當Li+遷移通道,以確保循環期間負極有足夠的電活性表面積。圖1. 不同電極上的沉積Li的形態因此,由于具有適當的厚度和適中的離子電導率,所制備的LS@A-Li電極在不同電流密度下表現出穩定的循環性能和更長的循環壽命(在1.0 mA cm-2/1.0 mAh cm-2下表現出超過1800小時的循環壽命,甚至在5.0 mA cm-2/10.0 mAh cm-2下也表現出超過600小時的循環壽命),并且在對稱電池中沒有發生短路。在與LiFePO4(LFP)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)正極配對后,具有LS@A-Li負極的全電池表現出顯著的循環性能和穩定的庫侖效率。與單一改性鋰金屬負極相比,LS@A-Li電極在全電池中表現出更好的適用性和穩定性。總之,這項工作通過被動SEI層和結構改性的協同作用為鋰負極保護鋪平了道路。圖2. LS@A-Li||LFP和LS@A-Li||NCM523全電池的電化學性能Dendrites-Free Lithium Metal Anode Enabled by Synergistic Surface Structural Engineering, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200474