全固态无阳极电池（AF-ASSBs）因其高能量密度和安全性而备受瞩目，但稳定性和安全性问题，尤其是锂枝晶的生长，仍是技术发展中的难题。
韩国汉阳大学Seungwoo Lee等人通过在铜集流体上构建铜锡纳米管（Cu-Sn NT）薄膜，有效调控了锂的电沉积行为，显著提升了电池的循环稳定性和库仑效率。以“Regulating Li electrodeposition by constructing Cu–Sn nanotube thin layer for reliable and robust anode‐free all‐solid‐state batteries”为题发表在Carbon Energy上。
1.结构创新：采用约1微米厚的Cu-Sn NT薄膜，为锂的均匀电沉积提供了理想的平台。
2.性能卓越：在2.9 mAh/cm2的实际容量下，实现了99.85%的平均库仑效率和83.8%的循环保持率。
3.机制探究：通过Coble蠕变机制在Cu-Sn NT层和铜集流体之间进行锂电沉积，有效防止了电解质分解和锂枝晶的生长。
图1：铜锡纳米管薄膜的锂电沉积行为
图1展示了锂在铜箔和铜锡纳米管@铜箔上电沉积行为的示意图。在铜箔上，锂电沉积不均匀，容易形成锂枝晶。而在铜锡纳米管薄膜上，电沉积均匀，有效防止了锂枝晶的形成。
图2：铜锡纳米管薄膜的制备与结构
图2详细展示了铜锡纳米管薄膜从铜箔开始的制备过程，包括XRD图谱、SEM图像和TEM图像，揭示了其多孔的纳米管结构和元素分布。
图3：锂半电池的电沉积与电化学性能
图3A对比了在铜箔和铜锡纳米管@铜箔上的锂电沉积电压曲线，其中铜锡纳米管@铜箔展示出更均匀的电沉积行为。图3B放大了起始电沉积区域，进一步证实了铜锡纳米管@铜箔上更均匀的锂电沉积。
图4：锂电沉积后的形貌观察
图4通过截面SEM图像展示了在铜箔和铜锡纳米管@铜箔上电沉积2.0 mAh/cm2锂后的形貌。铜箔上出现了锂枝晶和死锂，而铜锡纳米管@铜箔上锂沉积均匀，没有死锂形成。
图5：全电池的初始充放电曲线和XRD分析
图5A展示了NCM|SE|Cu和NCM|SE|Cu-Sn NT@Cu电池的初始充放电曲线，显示出铜锡纳米管@铜箔电池具有更好的充放电性能。图5C和D通过XRD分析了铜锡纳米管薄膜在不同充放电状态下的相变。
图6：电化学阻抗谱(EIS)分析
图6通过EIS谱图展示了铜箔和铜锡纳米管@铜箔电池在不同循环状态下的电解质电阻和界面电阻的变化，证实了铜锡纳米管@铜箔电池具有更好的电化学稳定性。
图7：不同电流密度下的连续充放电曲线
图7展示了在不同电流密度下NCM|SE|Cu和NCM|SE|Cu-Sn NT@Cu电池的连续充放电曲线。铜锡纳米管@铜箔电池在高电流密度下表现出更优异的稳定性和更高的临界电流密度。
这项研究通过在铜集流体上构建Cu-Sn NT薄膜，不仅提高了电池的安全性和循环稳定性，还显著提升了电池的能量密度。Cu-Sn NT层的引入为全固态无阳极电池的实际应用铺平了道路。
论文原文在线发表于Carbon Energy，点击“阅读原文”查看论文。
论文标题：
Regulating Li electrodeposition by constructing Cu–Sn nanotube thin layer for reliable and robust anode‐free all‐solid‐state batteries
文章研究方向：
电池材料— —全固态电池
论文网址：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.610
DOI: 10.1002/cey2.610
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