Super-three-dimensional lithiophilic Cu-based current collector for anode-free lithium metal battery

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作者
Nanrui Li,Tianqi Jia,Yanru Liu,Yunfei Ouyang,Yao Lv,Geng Zhong,Yufeng Wang,Bo Sun,Sirong Lu,Shifei Huang,Feiyu Kang,Yidan Cao
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier]
卷期号:36: 101341-101341 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2023.101341
摘要

The formation of Li dendrites and dead Li, which causes short circuits, continuous side reactions, low Coulombic efficiency (CE) and thermal runaway, severely hinders the development of anode-free lithium metal batteries. Here, Cu-based current collector with super-three-dimensional lithiophilic modification layer is developed by the pyrolysis of resorcinol formaldehyde on 3D engineered copper mesh (a-RF@3D CM). The modification layer, consisting of highly dispersed CuOx sites in the O-containing defective carbon, together with the super-three-dimensional microstructure exhibits excellent lithiophilicity and capability to effectively reduce the nucleation overpotential, accommodate the uniform dendrite-free lithium deposition, promote stable and inorganic-rich solid electrolyte interphase formation, and improve the cycle stability. As a result, the a-RF@3D CM current collector exhibits reduced nucleation overpotential of 14.2 mV and prolonged cycling life over 400 cycles with average CE >98.5%. In the LiFePO4||a-RF@3D CM anode-free cell, average CE of 99.50% and capacity retention of 60.66% are successfully achieved after 100 cycles. Meanwhile, average CE 99.78% and capacity retention of 64.43% are successfully achieved in LiFePO4||Li@a-RF@3D CM cell (N/P = 1.6) after 200 cycles. The work provides feasible way to realize the fabrication of anode-free lithium metal batteries and also enhance the understanding of solid electrolyte interface evolution and regulation strategy of Li plating–stripping in advanced Li metal-based batteries.
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