Gradient three-dimensional current collector with lithiophilic nanolayer regulation for efficient lithium metal anode construction

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作者
Hao Yang,Weishang Jia,Jingfang Zhang,Yuchi Liu,Zihao Wang,Yao‐Yue Yang,Lanxiang Feng,Xinxiu Yan,Tao Li,Wei Zou,Jingze Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:661: 870-878 被引量:24
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.02.014
摘要

Metallic lithium (Li) is highly desirable for Li battery anodes due to its unique advantages. However, the growth of Li dendrites poses challenges for commercialization. To address this issue, researchers have proposed various three-dimensional (3D) current collectors. In this study, the selective modification of a 3D Cu foam scaffold with lithiophilic elements was explored to induce controlled Li deposition. The Cu foam was selectively modified with Ag and Sn to create uniform Cu foam (U-Cu) and gradient lithiophilic Cu foam (G-Cu) structures. Density Functional Theory (DFT) calculations revealed that Ag exhibited a stronger binding energy with Li compared to Sn, indicating superior Li induction capabilities. Electrochemical testing demonstrated that the half cell with the G-Cu@Ag electrode exhibited excellent cycling stability, maintaining 550 cycles with an average Coulombic efficiency (CE) of 97.35%. This performance surpassed that of both Cu foam and G-Cu@Sn. The gradient modification of the current collectors improved the utilization of the 3D scaffold and prevented Li accumulation at the top of the scaffold. Overall, the selective modification of the 3D Cu foam scaffold with lithiophilic elements, particularly Ag, offers promising prospects for mitigating Li dendrite growth and enhancing the performance of Li batteries.
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