In Situ‐konstruiertes multifunktionales Verbundanoden mit ultralangem Leben für fortschrittliche Lithium-Metall-Batterien

Zusammenfassung Metallisches Lithium ist das wettbewerbsfähigste Anodenmaterial für Hochenergiebatterien der nächsten Generation. Dennoch führen die umfangreiche Volumenexpansion und das unkontrollierte Wachstum von Li-Dendriten bei Lithium-Metall nicht nur zu potenziellen Sicherheitsrisiken, sondern auch zu einer geringen Coulomb-Effizienz und einer minderwertigen Lebensdauer von Li-Metall-Batterien. Hier wird eine multifunktionale dendritenfreie Verbundanode (Li/SnS 2 ) vorgeschlagen, die durch eine in situ Schmelz-Infusionsstrategie hergestellt wurde. In dieser Konfiguration erleichtert das 3D-vernetzte poröse Li 2 S/Li 22 Sn 5-Gerüst das schnelle Eindringen von Elektrolyten und passt sich der Volumenexpansion während des wiederholten Li − Plattierungsprozesses an. Gleichzeitig gewährleisten die lithiophilen Li 2 S-Phasen mit einer niedrigen Li + Transportbarriere eine bevorzugte Li-Abscheidung und vermeiden effektiv eine ungleichmäßige Elektronenverteilung. Zudem garantieren die Li 22 Sn 5 Elektronenleiter mit geeigneter Li + Bindungsfähigkeit einen schnellen Ladungstransport und Massentransfer. Am wichtigsten ist, dass das stabile multifunktionale Gerüst mit ausreichenden inneren Schnittstellen (Li 2 S/Li 22 Sn 5 ) im gesamten Elektrodenbereich nicht nur die Umverteilung der lokalisierten freien Elektronen realisiert, was zur Zersetzung von Li-Clustern beiträgt, sondern auch ein planare Ablagerungsmodell induziert und somit die Bildung von Li-Dendriten hemmt. Folglich wird eine beispiellose Zyklusfähigkeit von über 6.500 h bei einer ultrahohen Flächenkapazität von 10 mAh cm −2 und einer Stromrate von 20 mA cm −2 für die vorbereitete Li 2 S/Li 22 Sn 5 Verbundanode erreicht. Darüber hinaus zeigen die zusammengebauten Li/SnS 2 ||LiFePO 4 (LFP) Beutelvollzellen auch bemerkenswerte Ratenfähigkeit und eine überzeugende Lebensdauer von mehr als 2.000 Zyklen bei 2 C.