港理工郑子剑Small：超快制备柔性且稳定的锂金属负极

柔性和可穿戴电子产品的不断发展对高能量密度和优异机械稳定性的柔性电池提出了前所未有的需求。可充锂金属电池在其高理论能量密度方面显示出巨大优势。然而，锂金属负极在柔性电池中的应用面临着其不良的枝晶生长、机械柔性差和制备速度缓慢等方面的巨大挑战。

香港理工大学郑子剑等报道了吸锂3D主体的合理设计，该主体能够超快制备高度柔韧且高度稳定的锂金属负极。

图1 吸锂原理和织物型锂负极的制备过程示意图

这里作者模仿服装中吸汗面料的超亲水设计。为实现汗液的快速扩散和快速蒸发，亲水性纤维被用作构建分层有序结构的骨架，例如编织结构，其中微尺度通道提供巨大的毛细管力。亲水性织物表面润湿后，汗液可被毛细管迅速吸走，在纤维表面形成一层薄薄的液体层，使其有效蒸发。

图2 吸锂铜涂层织物的亲锂特性和毛细结构

遵循这种非反应性的湿芯设计，作者构建了一种吸锂导电织物作为锂金属的3D主体。吸锂织物由石墨碳纤维(GCF/Cu/Cu₂O)上的同轴双层涂层(Cu/Cu₂O)组成，形成多功能界面：Cu₂O外层为熔融锂的即时润湿提供了高亲和力，无需反应，中间层的Cu稳定了熔融锂的同轴芯吸，石墨碳的核心层提供了合适的亲锂性，以便在随后的循环过程中均匀沉积金属锂。

重要的是，吸锂主体能够以10 m² min^-1的显著平均速度超快制备锂金属负极，比电池行业中负极的涂覆速度高一个数量级。更重要的是，这种超快制造还实现了锂金属负极的高CE (＞99.4%) 和卓越的柔韧性（弯曲半径＜2 mm）。

与磷酸铁锂（LFP）正极配对后，组装的全电池可提供高充电电流密度（8 mA cm⁻²）、高电池能量密度（300 Wh kg⁻¹）、长循环稳定性（超过550次循环），以及出色的机械强度（500次弯曲循环）。组装的Li-S全电池可在贫电解液下提供高电池能量密度（380 Wh kg^-1）和优异的循环稳定性（＞450次循环）。

图3 全电池性能

Rational Design of Li-Wicking Hosts for Ultrafast Fabrication of Flexible and Stable Lithium Metal Anodes. Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202105308

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