王兆翔/王雪锋/高玉瑞ACS Energy Lett.：相图决定亲锂基材上的锂沉积/剥离行为

许多亲锂材料已被提议作为基材来均匀化锂沉积，但对锂在它们上截然不同的行为仍然缺乏基本的理解。

中科院物理所王兆翔、王雪锋、中国科学院大学高玉瑞等研究了各种（非）金属基材上的锂沉积/剥离行为以及相变过程、锂沉积形态、SEI 层和电化学性能之间的关系。

研究发现，不与锂形成任何金属间化合物的基材金属，如Ag和Mg，可以不断溶解锂形成固溶体。这种固溶体的轻微结构变化确保了基材在反复合金化/脱合金后的稳定性和完整性。

在整个循环过程中，Li-Ag合金在引导较大锂颗粒的生长和富氟稳定SEI层的形成方面发挥着作用。脱合金后的多孔Ag颗粒充当3D框架以支撑SEI层并为随后沉积的锂提供成核位点，从而减少SEI层的破裂和死锂的形成。因此，轻微的结构变化和减少的副反应和死锂是Ag@Cu基材上高库伦效率（CE）和长寿命的原因。

图1 不同基材上锂沉积和剥离的研究

Au、Al、Zn、Si和Sn属于另一类（非）金属；它们与锂形成金属间化合物。沉积的锂在锂饱和的金属间化合物上生长，而不是形成固溶体。因此，第二类（非）金属合金在一定量的锂沉积后失去了对锂沉积的指导。由于合金的结构变化较大，在反复合金化/去合金化后，合金颗粒会碎裂或脱落。锂在其中的溶解度是选择亲锂材料作为基材的重要指标，但合金的形态（固溶体或金属间化合物）更为关键。

因此，相图决定了不同基材上的锂沉积/剥离和循环行为。第一类金属在具有宽电位窗口和高面积容量的实用金属电池中很有前景。对于第二类，控制金属沉积能力以避免亲锂材料的脱落至关重要。这些发现为二次金属电池中基材的合理选择和设计提供了重要指导。

图2 Li||Cu电池性能

Phase Diagram Determined Lithium Plating/Stripping Behaviors on Lithiophilic Substrates. ACS Energy Letters 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02127

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王兆翔/王雪锋/高玉瑞ACS Energy Lett.：相图决定亲锂基材上的锂沉积/剥离行为

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