高达99.1%！无负极锂电池！同济&柏林工业&华中科技，联合顶刊！

锂金属电池因其极高的理论能量密度被视为下一代能源存储技术的有力候选。然而，锂金属电池在充放电过程中易形成枝晶，导致电池性能下降和安全隐患。因此，有效抑制锂枝晶生长、提高电池稳定性仍具挑战。

在此，同济大学马吉伟、柏林工业大学 Peter Strasser和华中科技大学黄云辉、伽龙等人开发了一种在碳酸酯基电解液中通过原位电化学技术形成p区保护层策略。该策略显著提高了无负极锂金属电池的循环稳定性和库仑效率。

研究显示，作者通过在碳酸酯电解液中添加辛酸亚锡（Sn(Oct)2）作为添加剂，利用其在铜基底上的优先吸附特性，构建了一种无碳酸酯的保护层，有效抑制了副反应并促进了均匀的锂沉积。同时，Sn2+在初次充电过程中还原形成的稳定亲锂层，进一步提高了锂与铜基底之间的亲和力。

结果表明，添加Sn(Oct)2的无负极锂金属软包电池展现出了优异的循环稳定性和高达约99.1%的高库仑效率。

图1. Sn(Oct)2添加剂对锂沉积/剥离的调节

总之，该工作合理设计的有机p区金属盐添加剂能够实现高度可逆的碱金属沉积/剥离。研究显示，Sn(Oct)2 被用作碳酸酯基电解质中无负极LMB的添加剂，其溶解度高、成本低且对NCM正极的影响可以忽略不计。在添加碳酸酯溶剂之前，Oct部分可以吸附在 Cu 基材上，形成保护层并有效地将基材与碳酸酯溶剂隔离。通过少量还原，部分Oct与醚类物质结合有助于形成表面层。

此外，电解液中的Sn2+优先沉积在Cu基体上，形成亲Li性的Cu6Sn5合金和Sn异质结构层。基于此，Li ||Li、Li||Cu和Li || NCM523纽扣电池和使用 Sn(Oct)2 添加剂的无负极Cu || NCM523软包电池表现出显著改善的性能。因此，该工作为进一步提高性能铺平了道路，并为稳定、高能量密度可充电金属电池提供了前景。

图2. Sn(Oct)2添加剂对锂沉积过程的作用机制

文献信息

In situ p-block protective layer plating in carbonate-based electrolytes enables stable cell cycling in anode-free lithium batteries, Nature Materials 2024 DOI: 10.1038/s41563-024-01997-8