深大高研院Small：多孔二氧化钛纳米片加入电解液实现无树枝锂金属电池

电解液调控和电极结构设计是抑制锂金属负极上枝晶生长的两种常见策略。

深圳大学高等研究院蔡兴科等报告了一种抑制锂枝晶生长的自适应电极结构方法，它融合了电解液调控和电极结构设计策略的优点。

图1. 材料的制备及优势

具体而言，作者报告了一种孔状的二氧化钛纳米片，它可以完全满足上述要求。首先，由于大量的钛空位，孔状的二氧化钛纳米片带负电，每个纳米片之间的静电排斥力使它们在高极性电解液中保持稳定。

其次，由于孔隙的存在，孔状的纳米片具有较弱的范德华力，这可以避免它们在沉积过程中重新堆积成密实的膜。

因此，在两个电极之间的电场作用下，孔状二氧化钛纳米片在负极上被堆积成分层的多孔结构。这种形态不仅为锂的沉积提供了高维空间，而且还有利于离子在阳极内的传输。

第三，二氧化钛是亲锂的，在锂金属沉积/剥离过程中不显示体积变化，这有助于诱导锂金属的真正成核并稳定SEI。此外，负电荷和纳米孔也有助于调节靠近集流体表面的锂离子通量。

图2. 半电池性能

因此，这种采用孔状二氧化钛纳米片分散的电解液的优势已经在不同的电池（Li/Li对称电池和Li/LiFePO₄全电池）、不同的电解质（基于LiTFSI和LiPF₆）和不同的负极（3D Cu泡沫和Li箔）中成功显示出来，从而证明了这种方法对于提高锂金属电池性能的普遍性。

考虑到当前方法的简单性和有效性，它可能为合理设计电解液内的无机添加剂和提高锂金属电池的性能开辟一个新的领域。

此外，鉴于目前的策略不同于传统的电解液调控和电极结构设计策略，而是两者的结合，它为锂金属电池的实际应用指出了一条新途径。

图3. 采用不同集流体和电解液组装的全电池的电化学性能

Negatively Charged Holey Titania Nanosheets Added Electrolyte to Realize Dendrite-Free Lithium Metal Battery. Small 2023. DOI: 10.1002/smll.202206176

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