Nanosecond Pulsed Laser‐Assisted Deposition to Construct a 3D Quasi‐Gradient Lithiophilic Skeleton for Stable Lithium Metal Anodes

材料科学 阳极 脉冲激光沉积 阴极 成核 图层(电子) 复合材料 电镀(地质) 复合数 化学工程 合金 纳米技术 冶金 薄膜 电极 化学 有机化学 物理化学 工程类 地质学 地球物理学
作者
Yu Hui,Yingbin Wu,Wenping Sun,Xudong Sun,Gang Huang,Zhaolin Na
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (34) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/adfm.202303319
摘要

Abstract The continuous growth of Li dendrites and volumetric deformation of Li severely impede the commercial application of Li metal anodes. To regulate Li stripping/plating, electrodeposition or magnetron sputtering is extensively utilized to fabricate lithiophilic‐metal deposited 3D Li hosts. However, the binding force between lithiophilic‐metal and host is weak, inevitably leading to numerous cracks/defects of lithiophilic‐surface‐layer during Li plating/stripping. Herein, a quasi‐gradient (Cu‐Cu 3 Sn‐Sn‐SnO 2 ) 3D skeleton consisting of hierarchical Sn/SnO 2 composite metallurgically bonded to copper foam through Cu 3 Sn alloy (LAD‐SSC@CF) is designed, and prepared in one‐step by a nanosecond‐pulsed‐laser‐assisted deposition strategy. The homogeneous Li nucleation sites provided by Li 22 Sn 5 formed by the reaction of Sn/SnO 2 with Li can inhibit Li dendrites growth. Meanwhile, the porous space and strong bonding of Cu 3 Sn layer avoid structural deterioration of anodes. Consequently, a symmetric cell based on LAD‐SSC@CF@Li exhibits an outstanding cycling stability of 1500 h at 1 mA cm −2 . In particular, a full cell with LiFePO 4 cathode provides good capacity retention of 81.3% at 5 C after 600 cycles. Moreover, the successful preparation of other composite materials (In, Zn, Sn‐Bi, etc.) loading on various substrates (Kapton film, ceramic, copper foil, etc.) demonstrates the versatility of pulsed‐laser‐assisted deposition strategy for preparing battery materials.
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