西安理工李喜飞AFM：LiZn/Li2O 诱导化学限制实现无枝晶锂金属负极

尽管不可控的锂枝晶生长会缩短锂金属负极的循环寿命，但锂金属已被认为是下一代高能锂金属电池的潜在负极候选者。

在此，西安理工大学李喜飞团队通过基于原子层沉积的亲锂 ZnO 诱导化学限制，原位生成 LiZn/Li₂O 阵列，制备了无枝晶锂金属负极。其中，均匀分布的LiZn和Li₂O相组成的阵列，具有有利的Li扩散势垒；亲锂Li₂O相保证了Li优先均匀成核。同时，电子导电的 LiZn 相确保了整个结构中电子的高效传输。

因此，LiZn/Li₂O衍生的化学限制能够实现均匀的锂沉积。所制备的锂金属负极在对称电池中在 15 mA cm⁻² 时呈现 <45 mV 的过电势。此外，具有 LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ (NCM622) 正极的全电池具有更好的循环稳定性和倍率性能。

图1. LiZn/Li₂O诱导化学限制促进均匀锂沉积机制

总之，该工作通过锂吸附能计算和熔锂实验研究了锌基化合物中非金属元素（O、S、Se）对锂亲和性的影响。结果表明，ZnO的亲锂性优于 ZnS 和 ZnSe。通过精确的 ZnO ALD 和随后的熔融锂注入，开发了高性能 CC@ZnO@Li 复合负极。由 ZnO 化学转化原位形成的 LiZn/Li₂O 构型诱导 Li₂O亲锂位点上的定向 Li 沉积，从而促进更均匀的 Li 沉积并保证有效的电荷转移。

因此，LiZn/Li₂O诱导的化学限制不仅可以防止不可控锂枝晶的形成，而且可以在电化学循环过程中稳定CC@ZnO@Li负极的结构和电解质/负极界面。所制备的 CC@ZnO@Li 负极分别在对称电池和全电池中提供了优异的循环稳定性和倍率性能。该项工作所提出的该种可行且简便的策略对于高功率锂金属电池的开发非常有益。

图2. 电池性能

LiZn/Li2O Induced Chemical Confinement Enabling Dendrite-Free Li-Metal Anode， Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202310143

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