与标准锂离子电池相比，锂金属电池作为一种具有更高能量密度的电池正受到人们广泛的研究。然而，在剥离/锂镀循环过程中，在负极形成树枝状和苔藓状的锂金属微结构，导致电解液分解和形成电子不相连的锂金属颗粒。

近日，荷兰代尔夫特理工大学Marnix Wagemaker报道了通过简化的静电场计算，发现高介电质材料的存在降低了距离介电体积微米的锂金属镀层尖端的电场梯度，表明高介电性多孔支架组成的负极可以抑制锂金属树枝状和苔藓状微结构的生长。

文章要点

1）研究人员采用高介电常数钛酸钡(BaTiO₃，BTO)和低介电常数氧化铝(Al₂O₃，AO)两种材料，通过简易浇铸法制备了三维多孔支架，以区分多孔支架和高介电常数对电化学锂金属电镀的影响。

2）研究发现，虽然这些电子绝缘支架的电化学活性最低，但相关的容量损失确实构成了一个需要解决的挑战。支架材料增加的重量降低了锂金属电极的比容量，约为800 mA h g⁻¹，这就要求负极中的BTO体积较小。

3）实验结果显示，涂覆BTO的Cu||LiCoO₂电池的Operando ⁷Li固体核磁共振谱表明，高介电常数支架可以诱导致密的电镀和有效的剥离，剥离后几乎不会留下死锂。通过与1 M LiPF₆ EC/DMC电解质相结合，基于BTO支架的半电池在锂金属上循环，平均CE为99.82%，具有低过电位和延长的循环寿命。此外，全电池的性能也有所改善，平均库仑效率为99.37%。

这些结果表明，高介电性支架提供了一种在无负极配置中，改善锂金属电极可逆性和安全性的独特策略。下一步研究是使用更稳定的SEI形成电解质和添加剂的组合，以及优化高介电性支架，以最大限度地减少第一次循环的容量损失，并进一步延长循环寿命。

参考文献

Wang, C., Liu, M., Thijs, M. et al. High dielectric barium titanate porous scaffold for efficient Li metal cycling in anode-free cells. Nat Commun 12, 6536 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-26859-8

https://doi.org/10.1038/s41467-021-26859-8