Engineering High-Performance Li Metal Batteries through Dual-Gradient Porous Cu-CuZn Host

材料科学 寄主(生物学) 多孔性 对偶(语法数字) 金属 多孔介质 纳米技术 化学工程 复合材料 冶金 工程类 生态学 生物 文学类 艺术
作者
Jianyu Chen,Guanyu Liu,Xuran Han,Hanbo Wu,Tao Hu,Yihang Huang,Shihao Zhang,Yizhou Wang,Zixiong Shi,Yu Zhang,Li Shi,Yanwen Ma,Husam N. Alshareef,Jin Zhao
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (21): 13662-13674 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c00720
摘要

Porous copper (Cu) current collectors show promise in stabilizing Li metal anodes (LMAs). However, insufficient lithiophilicity of pure Cu and limited porosity in three-dimensional (3D) porous Cu structures led to an inefficient Li-Cu composite preparation and poor electrochemical performance of Li-Cu composite anodes. Herein, we propose a porous Cu-CuZn (DG-CCZ) host for Li composite anodes to tackle these issues. This architecture features a pore size distribution and lithiophilic-lithiophobic characteristics designed in a gradient distribution from the inside to the outside of the anode structure. This dual-gradient porous Cu-CuZn exhibits exceptional capillary wettability to molten Li and provides a high porosity of up to 66.05%. This design promotes preferential Li deposition in the interior of the porous structure during battery operation, effectively inhibiting Li dendrite formation. Consequently, all cell systems achieve significantly improved cycling stability, including Li half-cells, Li-Li symmetric cells, and Li-LFP full cells. When paired synergistically with the double-coated LiFePO4 cathode, the pouch cell configured with multiple electrodes demonstrates an impressive discharge capacity of 159.3 mAh g-1 at 1C. We believe this study can inspire the design of future 3D Li anodes with enhanced Li utilization efficiency and facilitate the development of future high-energy Li metal batteries.
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