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鋰枝晶的持續(xù)增長和鋰的體積變形嚴重阻礙了鋰金屬負極（LMAs）的商業(yè)應用。為調(diào)節(jié)鋰的剝離/沉積，電沉積或磁控濺射被廣泛用于制造親鋰金屬沉積的三維鋰宿主。然而，親鋰金屬和宿主之間的結(jié)合力很弱，不可避免地導致親鋰金屬表面層在鋰沉積/剝離過程中出現(xiàn)許多裂縫/缺陷。

圖1 材料制備及表征

大連大學那兆霖、中科院長春應化所張新波等首次通過低成本、簡單、省時的納秒脈沖激光輔助沉積策略，設(shè)計了一種準梯度（Cu-Cu₃Sn-Sn-SnO₂）三維骨架，它由Sn/SnO₂層與泡沫銅（LAD-SSC@CF）通過Cu₃Sn合金冶金結(jié)合，并作為LMA的宿主。研究顯示，三維骨架的多孔空間減輕了LMAs的體積變形。在最初的放電過程中，Sn和SnO₂轉(zhuǎn)變?yōu)長i₂₂Sn₅合金，這提供了豐富的Li活性位點，大大降低了Li成核過電位。此外，親鋰層的Cu₃S_n合金與Cu襯底的冶金結(jié)合在整個鋰沉積/剝離過程中保持了LMAs的完整結(jié)構(gòu)。受益于準梯度結(jié)構(gòu)和三維骨架的協(xié)同作用，LAD-SSC@CF避免了LMAs的結(jié)構(gòu)惡化，并大大改善了電池的電化學性能。

圖2 對稱電池性能

因此，LAD-SSC@CF|Li半電池的CE在2 mA cm^-2下的200次循環(huán)后，達到了97.9%?；贚AD-SSC@CF@Li電極的對稱電池在1 mA cm^-2的條件下實現(xiàn)了1500小時的穩(wěn)定循環(huán)。另外，采用LiFePO₄（LFP）正極的全電池在5 C的高倍率下顯示出600次循環(huán)的長壽命，并提供高達81.3%的容量保持率。此外，作者通過這種策略在各種基底（Kapton薄膜、陶瓷、銅箔等）上構(gòu)建了其他復合材料（In、Zn、Sn-Bi等）的負載，這也證實了脈沖激光輔助沉積制備電池材料的多功能性。

圖3 LFP|LAD-SSC@CF@Li電池性能

Nanosecond Pulsed Laser-Assisted Deposition to Construct a 3D Quasi-Gradient Lithiophilic Skeleton for Stable Lithium Metal Anodes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202303319

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?那兆霖/張新波AFM：納秒脈沖激光輔助沉積法構(gòu)建三維準梯度親鋰骨架

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