锂（Li）金属被认为是下一代储能器件最有前途的电极材料。但是，电极界面不稳定导致的库仑效率低、循环寿命短等问题严重阻碍了其实际应用。在负极上构建人工涂层是解决这一问题的最有效途径之一，但由于其对锂离子（Li⁺）输运调节不力以及复杂的构筑工程，其实际效果仍然有限。

近日，南京工业大学吴宇平教授，Lili Liu首先用固相合成法合成了Li₄Ti₅O₁₂（LTO），然后用简单的液滴涂覆法在衬底上直接制备了厚度为20 µm的LTO薄膜（标记为LTO层）。

文章要点

1）得益于较低的锂离子转移能垒以及高离子导电性，改性后的涂层具有较低的界面电阻，使得Li⁺能够快速通过涂层，并在电极界面附近获得均匀的Li⁺通量。此外，“零应变”特性使涂层具有长期的结构稳定性。

2）最重要的是，Li⁺离子会插入LTO层形成富锂相，在电极界面附近形成较高的Li⁺离子浓度区，即所谓的“逆浓度梯度”（由于缓慢的扩散效应，电极界面的Li+离子浓度通常低于体电解质，从而形成离子浓度梯度），从而缓解了电极界面的浓度极化，使Li金属负极实现了均匀的Li沉积/剥离行为，大大提高了Li金属的循环性能，特别是在高电流密度下。

3）结果表明，Li-Cu半电池在5 mA cm⁻²下循环2 0 0次，平均库仑效率为97.70%，循环容量为1 mAh cm⁻²。当与LiFePO₄正极配对时，在1 C倍率下，全电池在200次循环中的平均库仑效率从99.10%提高到99.54%，并控制了N/P比（≈3.1）。

独特的浓度梯度设计为先进的锂金属阳极的界面调控提供了新的视角。

参考文献

Xiaosong Xiong, et al, Li₄Ti₅O₁₂ Coating on Copper Foil as Ion Redistributor Layer for Stable Lithium Metal Anode, Adv. Energy Mater. 2022

DOI: 10.1002/aenm.202103112

https://doi.org/10.1002/aenm.202103112