A novel dual-protection interface based on gallium-lithium alloy enables dendrite-free lithium metal anodes

材料科学 阳极 锂(药物) 阴极 电解质 合金 化学工程 金属 容量损失 电极 电化学 枝晶(数学) 冶金 物理化学 医学 化学 几何学 数学 工程类 内分泌学
作者
Ying Zhou,Jiaming Zhang,Kai Zhao,Yue Ma,Hongzhou Zhang,Dawei Song,Xixi Shi,Lianqi Zhang,Yi Ding
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:39: 403-411 被引量:67
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.04.042
摘要

Lithium (Li) metal has been considered as an ideal anode for high-energy density rechargeable batteries. However, it faces huge obstacles toward practical application due to the growth of Li dendrites and the uncontrollable side reactions with electrolyte. Here, we demonstrate a novel gallium-lithium alloy based dual-protection interface layer for Li metal by a facile in-situ ion-exchange reaction that possesses long service life for effectively alleviating the extra consumption of active Li as well as homogenizing the Li deposition. Such dual-protected feature is attributed to its outstanding stability, excellent Li affinity and favorable charge transfer kinetics. By means of in-situ visualization electrodeposition studies, the modified Li metal (GaLi-Li) anode can effectively suppress the Li dendrite even under a high deposition capacity of 7 mAh cm−2. Moreover, the GaLi-Li based symmetric cell achieves excellent cycling stability for over 1500 cycles at a high current density of 5 mA cm−2. Pairing the GaLi-Li anodes with LiFePO4 and LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 cathodes, the cells also realize better long-term cycling stability with higher discharge capacity than that of the bare Li. Our strategy offers a practical way to realize highly stable and safety Li metal batteries.
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