ACS Energy Lett.：首次发现锂沉积均匀性与电极间距离极为相关！

到目前为止，在反复的沉积/剥离反应中，锂枝晶生长一直是金属锂负极商业化的一个重要障碍。这种现象与死锂的演化、不稳定的固体电解质界面（SEI）层和低库仑效率密切相关。然而，在目前关于碳酸酯基电解液的报告中，即使添加了各种添加剂，也没有显示出对树枝状锂生长的完全抑制。

首尔大学Yung-Eun Sung、康奈尔大学Héctor D. Abruña、高丽大学Seung-Ho Yu等报道了由各种溶剂和LiPF₆盐的组合诱导的非常独特的均匀锂生长。

图1. RCE和PenE中锂沉积的原位X射线和光学成像

在此，作者报告了在四种均匀混合的溶剂（碳酸乙酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸甲乙酯（EMC）和1,2-二甲氧基乙烷（DME））中通过单一盐（LiPF₆）的组合实现的均匀锂沉积行为，称之为五聚电解液（PenE）。

尽管此前人们曾多次尝试通过在碳酸酯电解液中加入醚基溶液来抑制锂枝晶的生长，但该研究是首次通过各种电解液的混合液呈现出显著均匀的锂沉积行为。这种行为被发现与电极的表面粗糙度无关，并被基于同步辐射X射线和可见光源的原位可视化所证实。此外，它的实用性通过在三维Cu集流体上的均匀锂沉积和在各种锂金属电池系统上的电化学性能得到了验证。

图2. 电解液和SEI层的性能表征

此外，研究发现，当满足特定条件时，PenE会表现出这种无与伦比的沉积或粗糙度无关的行为：

（1）精确的电解液成分，

（2）轻微的水分，

（3）足够长于临界长度（80微米）的电极间距离(IED)，以实现快速的锂离子传输和基板表面坚固的SEI层。

通过采用原位射线成像（XRI）和光学显微镜（OM）表征，作者确认IED是影响电锂沉积形态和SEI层特性的关键因素。单独改变电解液成分的实验表明，最小量的水对于PenE中的均匀锂沉积是必不可少的。相反，无论水的含量或IED，在RCE（1 M LiPF₆-EC/DEC)）中都会产生不稳定和脆弱的SEI层，随后形成危险的树枝状锂。因此，PenE中所有成分的协同作用和足够的IED可促成独特、与粗糙度无关的均匀镀锂。此外，这项研究首次报告了锂沉积上SEI层的化学结构转换，这取决于基底和对电极之间的IED。PenE在各种电池系统中的实际可行性也证明了这一点，作者坚信，这种极其超均质的锂沉积行为的发现可能会导致金属锂负极商业化的重大进展。

图3. RCE和PenE中锂生长的示意图

Surface Roughness-Independent Homogeneous Lithium Plating in Synergetic Conditioned Electrolyte. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c00974

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