利用氧化铟表面改性调整内亥姆霍兹平面实现无枝晶锂负极

利用氧化铟表面改性调整内亥姆霍兹平面实现无枝晶锂负极
由于具有高的比容量（3860 mAh g-1）和最低的还原电位（-3.04 V），锂金属被认为是最有前途的负极材料。

然而，锂在循环过程中的枝晶生长阻碍了锂金属电池（LMB）的实用化。

近日, 西安交通大学宋忠孝教授和Yangyang Liu等人通过磁控溅射在铜集流体上用氧化铟进行表面改性，可以自发地锂化，形成由锂铟氧化物和Li-In合金组成的复合相。

该复合相通过调节LiInO2修饰的内亥姆霍兹平面，促进了锂离子的去溶剂化，并通过在锂铟合金上电沉积，诱导锂金属二维形核，从而有效抑制锂枝晶的生长。

使用In2O3改性后，锂金属负极表现出出色的循环稳定性，与钴酸锂正极组装的LMB表现出优异的容量保持率。

图1、a）锂离子在内亥姆霍兹平面中去溶剂化和进一步电沉积的示意图。

b)In2O3和Li之间的反应坐标随吉布斯自由能的变化。

c)LiInO2的态密度。

d)Li-In的合金化过程和相应的形成能。

e)锂离子在Li(100)、Cu(111)和LiInO2(110)上的吸附位点，以及f)相应的吸附能。

g）Li原子在LiIn（100）和LiIn（110）上的扩散路径和h）相应的活化能垒。

【本文要点】
要点1.本文通过磁控溅射方法制备了In2O3功能界面改性层，可与Li反应生成更高介电常数的LiInO2和亲锂的LixIn合金。

要点2. 高介电常数的LiInO2可以调节内亥姆霍兹平面（IHP），促进了锂离子的去溶剂化。

此外，由于LixIn合金表面能垒较低，Li离子在改性表面的自扩散加速，有利于实现锂金属的均匀电沉积。

要点3. In2O3改性后，Li|Cu半电池在100次循环中表现出96%的高CE，而Li|LiCoO2全电池在循环600次后具有80%的容量保持率。

综上所述，这种可扩展的磁控溅射表面改性为锂金属在下一代锂金属电池中的商业应用铺平了道路。

图2、a）锂金属在不同铜箔上的成核过电位；b）裸铜与In2O3包覆铜箔上锂沉积的库仑效率。

c)具有In2O3涂层的锂负极组装的Li|LCO全电池循环性能和d)循环过程中相应的极化演变。

Yaqi Chen, et al. Two Birds with One Stone: Using Indium Oxide Surficial Modification to Tune Inner Helmholtz Plane and Regulate Nucleation for Dendrite-free Lithium Anode. Small Methods, 2022, /10.1002/smtd.202200113。