用于实现高能量密度且无枝晶形成的锂离子/锂金属混合电池的磁转换阳极设计

《Energy & Environmental Science》：Magneto-conversion anode design for unlocking high energy density and dendrite-free hybrid lithium–ion/lithium–metal batteries

通过磁性调控的转化策略将铁磁氧化物与导电碳层结合，显著提升锂金属负极能量密度与循环稳定性，抑制枝晶生长并实现高效锂沉积。

　　

通过将插层技术与可控的锂（Li）金属镀层相结合，混合型锂离子/锂金属阳极为提高锂电池的能量密度并消除枝晶提供了有前景的途径。然而，传统的基于石墨的电活性材料本身存在容量有限和锂镀层动力学缓慢的问题，这限制了进一步的进展。在这里，我们提出了一种新型的磁性调控转化策略，该策略在外加磁场的作用下将铁磁过渡金属氧化物与界面导电碳层结合，显著提高了电极的能量密度和可逆性。经过转化的铁磁纳米颗粒嵌入亲锂的Li₂O基质中，通过磁调制离子通道和界面锂动力学来调节空间均匀的Li⁺通量，并均化成核障碍。同时，利用铁磁转化化学过程中固有的自旋极化表面电容来增强电荷存储和可逆性。原位X射线显微成像和计算建模揭示了锂沉积的动态演变过程，表明来自磁化铁磁纳米颗粒的微磁场诱导了洛伦兹力驱动的离子重分布，从而在高速沉积条件下也能实现致密且无枝晶的锂沉积。结果表明，该阳极具有1400 mAh g^?1的优异可逆容量，并具有出色的循环性能，在300次循环后库仑效率仍保持在99%以上，进一步验证了其在稳定全电池配置中的实际可行性。这些发现表明，通过将转化化学与磁调制界面锂动力学相结合，为混合型阳极设计开辟了新的范式。