Realizing dendrite-free lithium deposition with three-dimensional soft-rigid nanofiber interlayers

材料科学 纳米纤维 枝晶(数学) 锂(药物) 化学工程 沉积(地质) 纳米技术 复合材料 数学 几何学 地质学 医学 古生物学 内分泌学 沉积物 工程类
作者
Huijuan Zhao,Guodong Zhao,Fengquan Liu,Tian‐Qi Xiang,Jianjun Zhou,Lin Li
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:666: 131-140 被引量:74
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.04.029
摘要

Lithium (Li) metal is regarded as the most desirable anode candidates for high-energy-density batteries by virtue of its lowest redox potential and ultrahigh theoretical specific capacity. However, uncontrollable Li dendritic growth, infinite volume variation and unstable solid electrolyte interface (SEI) ineluctably plague its commercialization process. Herein, the three-dimensional (3D) nanofiber functional layers with synergistic soft-rigid feature, consisting of tin oxide (SnO2)-anchored polyvinylidene fluoride (PVDF) nanofibers, are directly electrospun on copper current collector. This strategy can effectively regulate uniform Li deposition and strengthen SEI stability through the dual effect of physical accommodation and chemical ionic intervention. On the one hand, the nanofiber interlayers with excellent electrolyte affinity and well-distributed Li+ transport pathways can promote uniform Li+ flux distribution and large-size Li deposition. On the other hand, the rigid SnO2 contributes to reducing Li nucleation overpotential and stabilizing SEI layer assisted by its spontaneous reaction with Li. As a result, the smooth and dense Li deposition is achieved by such soft-rigid nanofiber interlayers, thereby extending the cycling life and improving the safety application of Li metal batteries. This work offers a new route for efficient protection of Li metal anodes and brings a new inspiration for developing high-energy-density Li metal batteries.

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