柱状金属锂负极

随着电动汽车、便携式消费电子设备的快速发展，社会对安全的高比能储能体系的需求日益迫切。金属锂具有极高的理论比容量（3860 mAh•g^-1）及最低的氧化还原电极电势（-3.040 V vs. 标准氢电极），因而成为目前储能体系中负极的最佳选择。然而，由于锂在热力学上化学性质活泼，在循环过程中容易生成枝晶，从而造成电解液的损耗、电极粉化以及体积膨胀，目前尚不能应用于商业化电池。因此，在基础研究层面理解锂的沉积行为、调控锂的沉积形貌是必经之路。

固态电解质界面膜（SEI）由金属锂和电解液反应生成，其组成和结构可显著影响锂的沉积形貌。清华大学张强（点击查看介绍）课题组通过LiPF₆水溶液预处理的方法调控SEI的组成，得到均匀、富含LiF的SEI，实现了可控、柱状的金属锂沉积。研究表明，预沉积的氟化锂在首次锂沉积的过程中能参与SEI的形成，得到富含氟化锂的SEI。由于氟化锂表面的锂离子扩散速率快，且在SEI中空间分布均匀，锂离子可快速、均匀通过SEI，形成均匀、致密的锂形核位点。在空间受限的条件下，锂形核位点逐渐增大，生成柱状的金属锂。此外，由于柱状金属锂具有均匀致密的周期结构，表现出明显的结构色，改变电流密度可进一步调控柱状锂的直径和结构色。在电池应用方面，富含氟化锂的SEI阻抗明显降低，在不同电解液体系中可显著延长电池的循环寿命。值得一提的是，由于柱状锂负极具有均匀、可控的特点，可用来构筑超薄锂金属负极。

锂在不同基底的沉积形貌

该工作增强了对氟化锂在锂形核、沉积过程中作用的基础认识，提供了一种调控锂沉积的有效方法，从而增强了锂金属电池的稳定性。相关工作发表在Angewandte Chemie International Edition 上，该论文的完成人为清华大学的张学强、陈翔、许睿、程新兵、彭翃杰、黄佳琦，通讯作者为清华大学的张强。

近年来，清华大学的张强教授研究团队致力于金属锂负极的研究，通过原位手段研究固态电解质界面膜，并采用纳米骨架、人工SEI、表面固态电解质保护调控金属锂的沉积行为，抑制锂枝晶的生长，实现金属锂的高效安全利用。相关研究工作发表在Chem. Rev.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Chem、Energy Storage Mater. 等期刊。最近，张强教授团队围绕安全、高比能的金属锂电池，在Chem. Rev. (DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00115)、Adv. Sci. (DOI: 10.1002/advs.201600445)、Adv. Mater. Interfaces (DOI: 10.1002/admi.201701097)上发表综述文章，系统阐述了金属锂的研究脉络和进展，受到广泛的关注。

该论文作者为：Xue-Qiang Zhang, Xiang Chen, Rui Xu, Dr. Xin-Bing Cheng, Hong-Jie Peng, Rui Zhang, Prof. Jia-Qi Huang, Prof. Qiang Zhang

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Columnar Lithium Metal Anodes

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 14207, DOI: 10.1002/anie.201707093

导师介绍

张强

http://www.x-mol.com/university/faculty/21097