Guided lithium nucleation and growth on lithiophilic tin-decorated copper substrate

成核 材料科学 化学工程 基质(水族馆) 锂(药物) 冶金 化学 生物 生态学 工程类 内分泌学 有机化学
作者
Lang Ye,Chengyi Zhang,Yin Zhou,Burak Ülgüt,Yan Zhao,Jiangfeng Qian
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:74: 412-419 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2022.07.027
摘要

An ultra-thin Sn decorated Cu current collector (Sn@Cu) with excellent lithiophilicity is constructed by a simple electroless plating method, which plays a critical role in guiding uniform Li nucleation and growth, thereby enabling highly reversible Li plating/stripping. Lithium metal is the ultimate anode choice for high energy rechargeable lithium batteries owing to its ultra-high theoretical capacity, however, Li dendrites and low Coulombic efficiency (CE) caused by disordered Li plating restrict its practical application. Herein, we develop an ultrathin Sn-decorated Cu substrate (Sn@Cu) fabricated by an electroless plating method to induce ordered Li nucleation and growth behavior. The lithiophilic Sn interfacial layer is found to play a critical role to lower the Li nucleation over-potential and promote fast Li-migration kinetics, and the underlying mechanism is revealed using the first principle calculations. Accordingly, a dense dendrite-free and Li deposition with large granular morphology is obtained, which significantly improved the CE and cycling performance of Li||Sn@Cu half cells symmetric cells. Symmetric cells using the Li-Sn@Cu electrode display a much-prolonged life span (>1200 h) with low overpotential (∼18 mV) at a high current density of 1 mA cm −2 . Moreover, full cells paired with commercial LiFePO 4 cathode (1.8 mAh cm −2 ) deliver enhanced cycling stability (0.5 C, 300 cycles) and excellent rate performance. This work provides a simple and effective way to bring about high efficiency and long lifespan substrates for practical applications.
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