研究背景
金属锂（LM）具有超高的理论比容量（3860 mAh g−1）和极低的氧化还原电位（−3.04V vs.标准氢电极），被认为是一种很有前途的锂电负极材料。
然而，金属锂活性很高，可自发地与电解液反应。在锂的沉积/剥离过程中的体积变化也会导致充/放电循环期间SEI层的反复破裂和修复，这将大大消耗电解液和锂。
此外，由于锂枝晶的生长以及由于不均匀的锂沉积/剥离而产生的“死锂”会导致电池容量的迅速衰减，库仑效率（CE）降低，甚至存在潜在的安全问题。
研究思路
为了解决以上问题，一种可行的方法是采用三维多孔集流体（如金属泡沫），可提供足够的空间来适应体积变化。常用的泡沫铜（CF）和泡沫镍（NF）3D集电体虽然具有较大的比表面积和较高的电导率，但却是“憎锂”的，导致过高的成核过电位和不均匀的锂沉积/剥离。为了解决这一问题，可在泡沫金属骨架表面引入亲锂层，以实现快速、均匀的锂沉积。
有研究表明，CoO、Co3O4、V2O5、Cu2O和ZnO等多种亲锂过渡金属氧化物（MxOy）对锂的均匀沉积/剥离有积极作用。然而，用于制备这些亲锂层的工艺，如水热沉积和电化学沉积，过于繁琐和耗时，不利于大规模生产应用。因此，开发简单有效的制造工艺引入亲锂层是至关重要的。
工作简介
江汉大学Jiyuan Liang等人本文采用一种简单且超快的溶液燃烧法（solution combustion）制备了一系列金属氧化物基3DLCC（3D亲锂集流体）。以Co3O4作为亲锂材料沉积在泡沫镍上，记作3DLCC（Co@NF），并通过调节Co3O4负载量来优化其性能。
图片来源：Nano Energy论文截图
实验方法
先将用泡沫镍（NF）裁切成需要的尺寸。丙酮、乙醇、稀盐酸和无水乙醇依次清洗NF，去除表面杂质和氧化层。然后，（乙酰丙酮钴、乙酰丙酮铜、乙酰丙酮锌、硝酸铜、硝酸锌等）金属盐为溶质，制备了浓度为30 mg/ml的金属氧化物前驱体溶液（溶剂：乙醇）。将预处理的NF在前驱体溶液中浸泡10s，然后在酒精灯火焰中点燃，直至火焰自动熄灭。重复以上过程以获得所需金属氧化物的负载。所获得的样品表示为M-x@NF，M指所用金属氧化物的金属，x指重复次数。
图片来源：Nano Energy论文截图
锂的润湿性实验在手套箱中进行，金属锂的注入温度为330 ℃。采用电化学锂沉积法制备复合锂负极，以制备完成的集流体为工作电极，锂箔为对电极，在含有1M LiTFSI的DOL和DME（DOL/DME = 1:1 vol%）和1 wt% LiNO3添加剂的电解液中进行。
内容详情
Co-2@NF的SEM图（图片来源：Nano Energy论文截图）
如上图所示，这种由纳米颗粒构建的多孔涂层可以提供较大的比表面积，有利于锂沉积/剥离的电化学动力学。此外，它还可以作为电解液的扩散层，以获得均匀的锂通量。
集电体上锂沉积的照片（图片来源：Nano Energy论文截图）
如上图所示，Co-2@NF由于其具有均匀的多孔Co3O4包覆层，在锂沉积过程中表现出最佳的抑制锂枝晶形成的能力。
不同集电体上的锂沉积/剥离示意图（图片来源：Nano Energy论文截图）
不同复合LM阳极对称电池的循环性能（图片来源：Nano Energy论文截图）
总结
该工作提出了一种简单、快速的溶液燃烧法来制备具有多孔Co3O4涂层3DLCC的方法。
通过改变Co3O4的负载量，成功调节了亲锂多孔Co3O4包覆层的均匀性。虽然亲锂材料可以降低成核过电势，并有助于引导均匀的锂沉积/剥离，但负载过多或负载不足都会导致不良的副反应（低离子电导率的SEI、高Li+扩散活化能和低SEI稳定性），这会显著缩短LMB的使用寿命。
在适中均匀的Co3O4负载下，Co-2@NF实现了无枝晶的Li沉积，这主要是因为在循环过程中原位形成了坚固的富Li2O SEI层。
附：
参考文献：Uniform lithiophilic layers in 3D current collectors enable ultrastable solid electrolyte interphase for high-performance lithium metal batteries. Chi Guo, Yaqing Guo, et al. Nano Energy, 2022, 96, 107121.
文献链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522002026
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