立方沃夫结构中锂金属的外延电沉积
【研究背景】核心问题：锂电沉积形貌失控导致枝晶生长，引发电池短路和安全风险。现有研究虽实现球状、柱状等形貌，但体心立方（BCC）锂的本征立方结构从未实验观测到，与沃夫构造理论预测不符。深层挑战：SEI膜调控：化学形成的SEI含有机/无机杂质，干扰锂晶体取向生长。压力作用：高压诱导致密沉积但模糊晶界，低压利于本征形貌但难控取向。外延机制：基底晶面与沉积结构的匹配规律尚未明确。【成果简介】南开大学陈军院士&张凯教授等通过调控电化学SEI组分与沉积压力，首次实现体心立方锂金属(100)晶面的外延生长，解决了锂沉积形貌与晶体学理论预测不符的长期难题，为高安全锂金属电池设计提供新范式。相关成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上。【本文要点】要点1: 首次实现本征立方锂沉积通过电化学SEI（电场促进LiFSI阴离子分解，形成富无机组分SEI）和低压环境，诱导(100)晶面主导的立方单晶生长要点2:揭示SEI形成机制差异电化学SEI比化学SEI含更高比例无机物（XPS证实S/C、N/C信号增强），促进(100)面暴露要点3: 动力学形貌演化规律低电流密度（≤1 mA cm⁻²）→ 立方晶粒；高电流密度（≥4 mA cm⁻²）→ 离子耗尽诱导片状垂直生长要点4: 基底外延效应：Li(200)基底上沉积层水平外延生长；Li(110)/Li(211)基底上沉积层倾斜匹配晶面夹角【文献信息】Epitaxial Electrodeposition of Lithium Metal in Cubic Wulff StructuresXingwei Sun, Yang Feng, Yong Lu, Zhenhua Yan, Kai Zhang,* Jun Chen*Angew. Chem. Int. Ed., 2025, https://doi.org/10.1002/anie.202506119【图文导读】图1 立方形锂沉积的形态学(a) 锂的沃尔夫构造及其对应的 <100> 和 <111> 方向的横截面(b, c) 在 0.1 mAh cm⁻² 和 1 mA cm⁻² 下沉积在多晶锂基底上的立方锂的扫描电子显微镜（SEM）图像(d) 部分剥离后的立方锂晶粒(e) 菱形十二面体锂晶粒的 SEM 图像图2 锂沉积的结构(a) 扫描电子显微镜（SEM）图像(b) X射线衍射（XRD）图谱(c) 2D XRD 图谱(d) 极图和 (e) 逆极图，均为在 0.5 mAh cm⁻² 和 1 mA cm⁻² 下沉积在 s-Li(200) 基底上的样品图3 立方锂形态的固态电解质界面（SEI）表征(a-d) O 1s、S 2p、F 1s 和 C 1s 的高分辨率 X射线光电子能谱（XPS）图谱及拟合(e-h) 在 s-Li(200) 基底上以 0.1 mAh cm⁻² 和 1 mA cm⁻² 沉积的立方锂的扫描电子显微镜（SEM）和能谱元素图图4 锂沉积的形态演变(a) 电极表面离子浓度与锂沉积形态之间关系的示意图(b-d) 在多晶锂基底上以 0.1 mAh cm⁻² 和 2、4、6 mA cm⁻² 沉积的立方锂晶体的扫描电子显微镜（SEM）图像(e, f) 在多晶铜基底上以 0.1 mAh cm⁻²、2 mA cm⁻² 和 6 mA cm⁻² 沉积的片状锂的 SEM 图像(g, h) 铜电流收集器上立方锂的能谱元素图图5 在不同晶面上锂电极的外延沉积(a, c, e) 不同面锂电极上电沉积生长模型的示意图(b, d, f) 在 (200)、(110) 和 (211) 基底上以 0.1 mAh cm⁻² 和 6 mA cm⁻² 沉积的锂的俯视 SEM 图
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