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在3D親鋰集流體(3DLCC)的充電/放電過程中，均勻的鋰沉積/剝離對于抑制鋰枝晶的生長和減輕鋰金屬的無限體積變化以實現長壽命鋰金屬電池（LMBs）至關重要。這項研究揭示了3DLCC親鋰層的均勻性在實現均勻鋰沉積/剝離中所起的決定性作用。

江漢大學梁濟元、臺灣清華大學呂世源等開發了一種簡單且超快（以秒為單位）的溶液燃燒方法來制備親鋰金屬氧化物改性的3D集流體。

圖1 不同3DLCC上的鋰沉積/剝離行為示意

雖然親鋰材料可以降低成核過電位并幫助引導均勻的鋰沉積/剝離，但親鋰材料的過量或不足負載會導致不良副反應、低離子電導率的SEI、Li⁺擴散的高活化能和低SEI穩定性，這會顯著縮短LMBs的壽命。

通過控制沉積循環的次數，可以很容易地調整3D集流體骨架表面上親鋰材料的負載，作為概念驗證，Co₃O₄被用作沉積在鎳泡沫上的親鋰材料以構建3DLCC，表示為Co@NF。因此，在Co-2 @NF中由于Co₃O₄負載適中且均勻，實現了無枝晶的鋰沉積，這主要是因為在循環過程中原位形成了堅固的富含Li₂O的SEI層。

圖2 不同集流體上的鋰沉積照片

實驗顯示，通過在3DLCC中生長均勻的Co₃O₄層，在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2 的半電池測試中實現了33.4 mV的超低成核過電位，并且在2 mA cm^-2和1 mAh cm^-2的嚴苛循環條件下循環210次后保持了97.1%的高庫侖效率。

在對稱鋰電池中，在0.5 mA cm^-2和1 mAh cm^-2下實現了13 mV的小極化電壓以及2400小時的超長循環壽命。此外，Co-2@NF@Li||LFP全電池在480次循環后表現出88.5% 的高容量保持率。這項工作不僅為固體電解質界面層的界面化學提供了新的和有價值的見解，而且為超穩定鋰金屬電池的發展提供了啟示。

圖3 全電池性能

Uniform lithiophilic layers in 3D current collectors enable ultrastable solid electrolyte interphase for high-performance lithium metal batteries. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107121

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梁濟元/呂世源Nano Energy：十數秒快速制備親鋰改性3D集流體！

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