锂金属作为下一代高能量密度电池的负极材料具有很高的潜力。然而，Li⁺离子的不均匀传输会导致金属电极上锂枝晶的生长，导致严重的容量衰减和较短的循环寿命。

在这项研究中，深圳大学Lei Yao带负电的亲锂位点（例如阳离子金属空位）被用作调节锂金属电池（LMB）中原子级Li⁺离子沉积的主体。

文章要点

1）作为概念证明，用带负电的 TiNbO₄ 颗粒（标记为 CNF/nc-TNO）装饰的三维（3D）碳纳米纤维（CNF）被证实是有前途的锂宿主。 Nb⁵⁺ 和 Ti⁴⁺ 离子的碳热还原引起的阳离子空位产生带负电的纤维表面和强静电相互作用，将 Li⁺ 离子通量引导至纤维下方的阴影区域和整个纤维垫。

2）因此，即使在 10 mA cm⁻² 的高电流密度下，在 CNF/nc-TNO 主体中也观察到了圆周锂金属镀层。此外，CNF/nc-TNO不对称电池比包含无阳离子缺陷的电中性CNF（在20个循环后表现出快速失效）或铜箔的电池具有明显更强大和稳定的库仑效率（CE）（380个循环后为99.2％）。它表现出快速的 CE 衰减，100 次循环后 CE 为 87.1%）。

3）此外，CNF/nc-TNO 在重复镀锂/剥离过程中（2 mA cm⁻² 超过 4000 小时）表现出高稳定性和低电压滞后，面积容量为 2 mAh cm⁻² 。进一步与高电压LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1（NCM811）正极配对，全电池表现出长期循环（220个循环），CE为99.2%，具有稳定的倍率能力。

参考文献

Yingmeng Zhang, et al, Cationic Defect-Modulated Li-Ion Migration in High-Voltage Li-Metal Batteries, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c09415

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09415