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鋰金屬作為下一代高能量密度電池的負極材料具有很高的潛力。然而，Li⁺離子的不均勻傳輸會導致金屬電極上鋰枝晶的生長，導致嚴重的容量衰減和較短的循環壽命。

在這項研究中，深圳大學Lei Yao帶負電的親鋰位點（例如陽離子金屬空位）被用作調節鋰金屬電池（LMB）中原子級Li⁺離子沉積的主體。

文章要點

1）作為概念證明，用帶負電的 TiNbO₄ 顆粒（標記為 CNF/nc-TNO）裝飾的三維（3D）碳納米纖維（CNF）被證實是有前途的鋰宿主。 Nb⁵⁺ 和 Ti⁴⁺ 離子的碳熱還原引起的陽離子空位產生帶負電的纖維表面和強靜電相互作用，將 Li⁺ 離子通量引導至纖維下方的陰影區域和整個纖維墊。

2）因此，即使在 10 mA cm^?2 的高電流密度下，在 CNF/nc-TNO 主體中也觀察到了圓周鋰金屬鍍層。此外，CNF/nc-TNO不對稱電池比包含無陽離子缺陷的電中性CNF（在20個循環后表現出快速失效）或銅箔的電池具有明顯更強大和穩定的庫侖效率（CE）（380個循環后為99.2％）。它表現出快速的 CE 衰減，100 次循環后 CE 為 87.1%）。

3）此外，CNF/nc-TNO 在重復鍍鋰/剝離過程中（2 mA cm^?2 超過 4000 小時）表現出高穩定性和低電壓滯后，面積容量為 2 mAh cm^?2 。進一步與高電壓LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1（NCM811）正極配對，全電池表現出長期循環（220個循環），CE為99.2%，具有穩定的倍率能力。

參考文獻

Yingmeng Zhang, et al, Cationic Defect-Modulated Li-Ion Migration in High-Voltage Li-Metal Batteries, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c09415

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09415