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基于低的还原电势（−3.04 V vs标准氢电极）和高的理论比容量（3860 mAh/g），金属锂电极在下一代高比能锂二次电池体系（如Li−S、Li−O2和固态锂电池）中表现出巨大的应用潜力。然而，长期以来上述金属锂二次电池一直存在库仑效率低、循环寿命差及安全隐患高等问题。这些问题的产生一方面源自于高活性金属锂易与电解液发生副反应，从而导致电解液恶性降解；另一方面是由于金属锂负极表面极易生长并积累大量枝晶状锂沉积，严重时锂枝晶易刺穿隔膜引发电池短路。大量研究表明，通过对金属锂负极进行表面改性，可有效缓解金属锂与电解液之间副反应的发生，同时有利于减少锂枝晶的生长。
近日，北京理工大学材料学院吴锋院士团队谭国强教授课题组提出采用一步化学置换策略（2Li + Mg(PF6)2 = Mg + 2LiPF6），成功在金属锂负极表面原位构筑了一层均相锂镁合金保护层。该锂镁合金层在电池工作过程中可起到离子分散器和表面稳定剂的作用。研究发现：锂镁合金降低了锂负极表面的化学活性，减少了界面副反应，同时锂镁合金层对电解液具有高耐受性，可有效缓解电解液对锂负极的侵蚀；此外，由于镁具有高亲锂性，均质的合金相有利于锂离子的均匀嵌入与脱出，抑制了锂枝晶的形成。电化学测试结果表明：该类锂镁合金层保护的锂负极表现出较纯金属锂负极显著提高的电化学性能，其与磷酸铁锂匹配组装的电池在1 C倍率下可稳定循环450周以上，电池容量保持率达到90.5%；其与NCM811三元匹配组装的电池在1 C倍率下可稳定循环500周以上。这种原位构筑保护层的设计很大程度上克服了传统锂负极保护策略的主要短板，能更好的稳定电极结构且有效地解决锂枝晶问题。化学置换的独特构造机制可能改变高性能金属电极的设计范式。此外，简便高效的制造方法使合金保护锂负极能够实现规模化生产，用于未来高比能锂金属电池。 论文信息 Chemical Substitution-Grown Li-Mg Alloy as Ion Redistributor and Surface Protector for Highly Stable Lithium Metal Anode Zenan Zhao, Mengmeng Qian, Jing Wang,* Wenze Cao, Xianfu Qin, Penghui Guo, Shuang Hao, Ran Wang, Feng Wu, Guoqiang Tan* 本文第一作者为硕士研究生赵泽楠，通讯作者为谭国强教授和王敬副教授。 Batteries＆Supercaps
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