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采用無負極電極的全固態(tài)電池（ASSBs）已經(jīng)引起了整個電池界的關(guān)注，因為它們提供了具有競爭力的能量密度和顯著改善的循環(huán)壽命。然而，無負極電極的復合基體對鋰離子的擴散造成了很大的障礙，并抑制了室溫下的運行。

現(xiàn)代汽車公司高級電池開發(fā)團隊Sangheon Lee、首爾大學Jang Wook Choi等利用金屬氟化物的轉(zhuǎn)化反應（在該反應中形成的金屬納米域會誘發(fā)與鋰離子的合金化反應），以實現(xiàn)均勻和可持續(xù)的鋰（脫）鍍。

圖1. 鍍鋰過程中各種金屬氟化物的轉(zhuǎn)化

研究顯示，金屬氟化物（MFx）與鋰的轉(zhuǎn)化反應先產(chǎn)生氟化鋰 (LiF)，然后金屬M按此順序繼續(xù)形成鋰金屬合金(Li-M)。因此，無負極的復合層受到LiF的保護，而合金反應會促進均勻的Li沉積，其中金屬作為成核的種子。

在此，作者評估了各種金屬氟化物，發(fā)現(xiàn)鋰沉積的動力學和行為在很大程度上受到Li-M反應機制的影響，考慮到施加較低成核障礙的固溶反應對于方便和均勻的鋰沉積來說更為理想，氟化銀（AgF）與其他金屬氟化物相比具有優(yōu)勢。此外，轉(zhuǎn)換反應產(chǎn)生的LiF減輕了鋰枝晶的肆意生長以及金屬Ag納米域的聚集，促進了循環(huán)過程中均勻和可持續(xù)的鋰（脫）鍍。

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圖2. 在MFx基電極上鍍鋰的示意圖

受益于上述優(yōu)勢，基于AgF的全電池在25°C下實現(xiàn)了可靠的循環(huán)，即使是9.7 mAh cm^-2的超高面積容量（LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的面負載=50 mg cm^-2）?？傊?，這項系統(tǒng)的研究通過提供一個有用的電極設(shè)計原則，擴大了將硫化物基ASSBs推進到更可靠和更有競爭力的水平的機會范圍：在穩(wěn)定的基體中微觀分布的反應性金屬域能夠?qū)崿F(xiàn)高度穩(wěn)定的鋰（脫）鍍。

圖3. 全電池性能

Room-Temperature Anode-less All-Solid-State Batteries via the Conversion Reaction of Metal Fluorides. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202203580

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