【科技自立自强】西安交大丁书江、肖春辉教授团队首次通过高通量固态电解质界面诱导(110)取向锂沉积实现无枝晶锂金属电池

金属锂（Li）具有高比容量、低密度和低氧化还原电位，是下一代可充电电池的一种极具潜力的材料。然而，锂金属电池（LMBs）面临着循环效率低和安全性较差等问题，这与不受控制的锂枝晶生长有关。作为一种典型的电沉积过程，Li沉积的形貌本质上取决于电沉积Li的晶体结构。Li是一种体心立方结构（bcc）的晶体，通常表现出低指数晶面(110)和高指数晶面(200)、(211)等。由于Li原子在Li(110)平面上的迁移势垒比在Li(200)平面上低，容易在Li（110）表面横向扩散迁移，产生平面状无枝晶锂沉积。因此通常认为Li(110)面比其他晶面更不容易生长枝晶。控制具有择优（110）取向的锂电结晶是实现高度可逆的锂金属电池（LMBs）的一种有效的策略，但缺乏简单的调控方法。

图1 SEI工程诱导无枝晶（110）取向锂沉积示意图

针对以上问题，金沙乐娱场33325丁书江教授、肖春辉教授课题组通过设计高通量固态电解质界面(SEI)，诱导Li(110)取向的锂沉积，实现了无枝晶锂金属电池。如图1所示，通过简单高效的SEI工程，采用CF₃Si(CH₃)₃(F₃)滴涂策略，有效诱导高LiF和-Si(CH₃)₃含量的高通量SEI（F₃-SEI）。加速了Li⁺的传输动力学，确保SEI下的高的Li⁺浓度，有利于的Li（110）取向。通过Bravais规则和Curie-Wulff原理，解耦了SEI工程与锂电结晶择优取向之间的关系。多光谱技术与动力学分析表明，诱导的Li（110）晶面进一步促进了Li原子的表面迁移，避免尖端聚集，从而形成了平面的、无枝晶的Li沉积。F₃-SEI使Li||Li对称电池能够长期稳定336天以上。F₃-SEI也能显著提高Li||LiFePO₄和Li|||NCM811扣式电池和软包电池的循环寿命。该工作对从晶体学角度抑制Li枝晶提供新的思路，促进性能优异的LMBs的发展，也为其他金属晶体的择优取向提供一定的指导。

上述研究成果近期以《高通量固体电解质界面诱导(110)取向锂沉积用于无枝晶锂金属电池》（Directing (110) Oriented Lithium Deposition through High-flux Solid Electrolyte Interphase for Dendrite-free Lithium Metal Batteries）为题发表在《德国应化》（Angewandte Chemie International Edition）上，金沙乐娱场33325为唯一通讯单位，第一作者是金沙乐娱场33325博士生孙泽慧，通讯作者为西安交大金沙乐娱场33325丁书江教授、肖春辉教授。该工作由国家自然科学基金(No.51973171)、金沙乐娱场33325青年拔尖人才支持计划和陕西省自然科学基础研究项目(No.2022TD-27, No.2020-JC-09)支持，也得到了金沙乐娱场33325分析测试共享中心的大力支持。

论文链接地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202309622

丁书江教授课题组主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/dingsj

肖春辉教授课题组主页：

https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/chunhuixiao