锂金属负极由于无法控制锂枝晶生长将引起内部短路。同时，锂金属负极在循环过程中的无限体积膨胀会导致库仑效率低和不可逆的容量损失。一种应对的方法是开发三维（3D）Li金属骨架结构，该结构在主体材料上诱导均匀分布的形核并限制锂的生长。然而，当锂电沉积过多时，3D Li阳极框架仍然面临不利的体积变化。因此，又采取了将熔融锂预存储到框架中的新策略。由于其自支撑性，结构和化学稳定性以及低成本等特点，碳布（CC）经常被选作3D支架。但是，碳布的亲硫性差可能是注入熔融锂的主要障碍。近日，西安交通大学丁书江，高国新课题组与张彦峰等人通过将熔融锂浸入带有锌纳米粒子（CCZF）的柔性三维（3D）碳布支架中，制备出了一种新型复合锂负极材料。骨架的亲硫锌纳米颗粒层（CCZF）是通过离子液体的快速，容易的电化学沉积而合成的，避免了高温，高压和有毒试剂的产生。稳定的网络结构可以限制锂，并由于界面电阻低而导致锂枝晶的抑制和减少体积变化，并降低有效电流密度，导致锂的均匀生长。
文章要点：
1）通过SEM观察碳布，CCZF和制备的CCZF@Li的形态。从高倍率SEM图像可以看出中，大量的Zn纳米颗粒均匀地沉积在碳纤维表面上，形成了一层薄的Zn覆盖层，这些Zn颗粒具有直径约200 nm的花状结构。由此可以看出，碳布的表面在被锌颗粒覆盖后变得非常粗糙，因此大大提高了碳布对熔融锂的润湿性。CCZF的X射线元素映射证实了电沉积后CCZF骨架的新型3D核-壳结构。用熔融的锂金属涂覆后，由于过量的锂，所制备的CCZF @ Li的表面变得光滑，熔融的Li金属很好地渗透到CCZF纤维的小缝隙中，并紧密围绕纤维，这对通过抑制体积变化和锂枝晶有效生长来增强电化学性能非常有用。
图 CCZF和CCZF @ Li阳极的形态分析
2）进一步评估了3D CCZF @ Li对称电池与裸露的Li负极相比，镀锂/剥离过程的充放电循环稳定性。用CCZF @ Li阳极制成的对称电池展现出低的镀锂/剥离超电势。对称电池甚至可以在900 h以上保持稳定（900 h时过电势为50 mV）。但是，带有裸露锂负极的对称电池提供了更大的过电势，在前50个循环（约150 mV）内急剧增加。即使在较高的电流密度下，也可以看到循环稳定性和过电位的差异。
图 镀锂/剥离过程中的循环稳定性及EIS
3）在1个循环之前和之后，通过电化学阻抗谱（EIS）分析确认了对称电池的极化和界面电阻降低。对于CCZF@Li复合电极，初始界面阻抗约为360Ω，然后在第一个循环后迅速减小至120Ω。但是，对于裸露的Li电极，其初始界面电阻约为570Ω，并且由于形成树枝状Li而降至约250Ω。显然，裸露的锂电极的较高阻抗归因于不均匀的镀锂/剥离。相反，复合负极的较低电阻意味着被Zn纳米颗粒覆盖的3D碳布可以诱导Li的均匀成核和镀层。
4）为了研究锂金属与电解质之间的界面稳定性，通过XPS测量分析了CCZF @ Li电极在循环前后的界面成分。研究表明，CCZF @ Li电极的LiTFSI分解被充分抑制。
图 循环后，复合负极和裸锂负极的XPS分析
5）得益于独特的稳定的Li涂层3D支架负极，复合负极显示出良好的循环稳定性。同时，具有3D CCZF@Li负极的电池比具有裸露Li负极的电池具有更高的库仑效率。3D CCZF可以使锂沉积均匀，因此，可以有效地抑制电解质和锂阳极之间的副反应。这就是3D CCZF可以在Li 金属 / LiFePO4电池中提高库仑效率和长循环稳定性的原因。
图 LiFePO4/CCZF@Li电池的电化学性能
Yuhan Li, et al, Ionic liquid assisted electrochemical coating zinc nanoparticles on carbon cloth as lithium dendrite suppressing host,
Science Bulletin, 2020,
DOI：10.1016/j.scib.2020.03.007.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927320301365
