华科周敏Adv. Sci.：等离子体处理为锂金属负极构建优异的人造界面层！

锂金属负极长期以来被认为是储能电池领域的 “圣杯”，但枝晶生长和大体积变化阻碍了其实际应用。

华中科技大学周敏等采用了简便、环保的CF₄等离子体处理方法对锂负极进行了表面改性，并首次制备了由LiF和Li₂C₂组成的人工保护层。

图1 等离子体放电机理及人造LiF和Li₂C₂形成的示意图

具体而言，CF₄前体通过气体电离提供高活性的F*和C₂物种，并通过离子轰击在锂金属表面形成LiF和Li₂C₂。实验结果和理论计算显示，LiF的高吸附能量和Li₂C₂的低Li⁺扩散障碍诱导了Li的均匀成核和平面生长，保证了在反复循环电沉积/剥离过程中稳定的无树枝状的锂结构。

图2 LiF-Li₂C₂复合层的表征

受益于LiF-Li₂C₂复合层的高吸附能量、低扩散屏障和强大的机械强度，采用等离子体处理过的锂对称电池显示出最佳的电化学性能：可稳定运行6500小时以上（在2 mA cm^-2和1 mAh cm^-2时）或950小时（在1 mA cm^-2和10 mAh cm^-2时）。

当与磷酸铁锂（LFP）正极配对时，全电池提供了136 mAh g^-1的高可逆容量（在1C时），并具有出色的循环稳定性（在200次循环后保持97.2%的容量）和倍率性能（5 C时为116 mAh g^-1）。因此，采用等离子体处理来生成人工LiF/Li₂C₄层，显示了实现具有无枝晶锂生长和长期循环稳定性的高性能LMB实际应用的优良潜力。

图3 对称电池性能

CF4 Plasma-Generated LiF-Li2C2 Artificial Layers for Dendrite-Free Lithium-Metal Anodes. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202201147

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