燕山大學(xué)馬志鵬、宋愛(ài)玲、邵光杰團隊AFM：鐵磁性CC@CoF2/C調控鋰動(dòng)態(tài)軌跡實(shí)現超長(cháng)深鍍沉積鋰金屬電池

第一作者：劉銘、馬江珊為共同一作 通訊作者：馬志鵬、宋愛(ài)玲、邵光杰 通訊單位：燕山大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院 論文DOI：10.1002/adfm.202416527 全文速覽 該論文著(zhù)重歸納總結了馬志鵬、宋愛(ài)玲、邵光杰團隊在磁流體效應調控鋰金屬沉積方面的研究進(jìn)展。團隊在碳布基底上生長(cháng)鐵磁性CC@CoF2/C納米陣列，實(shí)現了均勻、無(wú)枝晶的深層鋰沉積。有限元模擬、原位表征和電化學(xué)測試表明，納米片陣列通過(guò)洛倫茲力調控Li+成核位點(diǎn)，抑制枝晶生長(cháng)，并形成富含LiF的固態(tài)電解質(zhì)界面。該復合負極對稱(chēng)電場(chǎng)在1 mA cm-2電流下表現出超10,000 h長(cháng)循環(huán)壽命，配對LiFePO4正極后在2C倍率下循環(huán)1000次容量保持率達92%。為開(kāi)發(fā)磁性材料以調控鋰金屬在深度電鍍過(guò)程中的穩定和均勻沉積提供了新的思路。 背景介紹 鋰金屬電池(LMBs)因其超高理論比容量和低電位，成為下一代高能量密度電池的潛力候選。然而，鋰枝晶生長(cháng)和固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)不穩定性導致的容量衰退和安全隱患，嚴重制約了LMBs的應用。鋰枝晶在沉積/剝離過(guò)程中會(huì )破壞SEI層，導致鋰金屬暴露，引發(fā)副反應和死鋰形成，從而降低庫侖效率和循環(huán)穩定性。為了解決這些問(wèn)題，研究者提出了包括功能化SEI層、三維(3D)集流體等策略，但現有方法仍未能完全解決深層鋰沉積和枝晶抑制問(wèn)題。近年來(lái)，磁場(chǎng)的引入被作為一種新策略來(lái)調控鋰離子的沉積行為。通過(guò)在集流體上引入負載有磁性材料的納米陣列，如CoF2納米顆粒，可以產(chǎn)生微磁場(chǎng)，通過(guò)洛倫茲力作用優(yōu)化鋰離子的遷移路徑，調控鋰沉積過(guò)程，促進(jìn)均勻沉積并抑制枝晶生長(cháng)。與外部磁場(chǎng)不同，內建磁場(chǎng)不需要額外的能量消耗和設備，降低了成本，同時(shí)能有效調整電解質(zhì)流動(dòng)，進(jìn)一步優(yōu)化鋰金屬的沉積形態(tài)，解決現有三維框架在深層沉積方面的不足。 Toc: 鐵磁性CC@CoF2/C誘發(fā)磁流體效應促使鋰深鍍沉積，達到抑制枝晶效果 研究出發(fā)點(diǎn) 在鋰金屬電池中引入磁場(chǎng)，用于調控鋰離子的深度沉積，包括內建磁場(chǎng)和外部磁場(chǎng)兩種方式。磁場(chǎng)的引入可以在鋰沉積過(guò)程中細化晶粒，促進(jìn)均勻致密的鋰沉積。同時(shí)，磁場(chǎng)還可以調節電解液在三維集流體微空間中的流動(dòng)模式和速度，產(chǎn)生磁流體動(dòng)力學(xué)效應(MHD)，通過(guò)洛倫茲