一、布景讲解

动力做为一种“引擎”，活着界掘起中起着相当重大的效用。自人类出生以来，能量的积存和更改始终是一个热点话题。每一次动力革新都将极地面改正咱们的生计。保守的储能安装，如镍镉电池、镍氢电池和铅酸电池，已逐步被锂离子电池（LIB）所替代。锂离子电池做为当前起初进的储能安装，由于其能量密度高、自放电低、无印象效应、轮回寿命长，在电动汽车、电子产物、智能电网、挪移储能等范畴获患了普及运用。年，诺贝尔化学奖授与LIB，进一步确定了他们在推进宇宙掘起方面获得的庞大胜利。但是，当前贸易化锂离子电池的能量密度没法餍足长途电动汽车的高请求。是以，特别须要高能量密度的可充电电池。以金属（如金属锂、钠、钾、镁、钙、铝、铁、锌和锰）为负极的可充电金属电池因其高能量密度而遭到普及探索。但是，这些金属负极依然面对很多挑战束缚了它们的现实运用。

二、正文部份01成就简介

具备电镀/剥离电化学举动的金属负极由于其低电化学电位、优越的导电性、优越的可加工性和较高的理论比容量，是一种很有出路的二次电池负极材料。这些金属负极囊括Li、Na、K、Mg、Ca、Al、Fe、Zn、Mn等。但是，一些题目影响了它们的掘起和运用，如高化学反映性、不平匀的电化学堆积、不褂讪的固体电解质界面（SEI）以及轮回流程中电极的大概积变动。连年来，室温液态金属（RLM）如金属Ga、Ga基合金（GaIn、GaSn、GaZn、GaInSn、GaInSnZn等）、金属Hg和液态Na-K合金在处分金属负极题目方面显示出庞大潜力，并取患了很多掘起。这边对这些掘起施行了详细的归纳和剖析。同时，提议了一些主张和预测。RLM也许经过建设三维集电器、调理成核、打算人为界面层、制备复合负极、热传导、消除曾经存在的枝晶、应力释放等灵验处分金属负极题目。该综述也许推进多成效RLM以及可充电金属基电池的掘起。

02图文导读

金属负极

金属负极的品种和电化学举动迄今为止，曾经报导了很多金属负极，囊括Li、Na、K、Mg、Ca、Al、Fe、Zn和Mn。

金属负极的益处：1.金属负极具备很高的理论比容量。2.金属负极具备较低的电化学电位（相关于准则氢电极，SHE小于0V）。运用低电化学电位和高理论比容量的负极材料也许提升电池的能量密度。3.金属负极也许直接与无金属阴极（如O2、CO2、S、Se和V2O5）配对，以建设高能金属电池。4.金属负极具备较高的电子电导率，也许推进电极上的电子传输，并加快电池的电化学动力学。5.金属负极也许加工成薄片，如答应以防止运用大电流搜罗器。移除非行动集电器也许增加电池的原料，进而提升电池系统的能量密度。

金属负极的弱点：1.高化学反映性。它们很轻易被液体电解质中的物种侵蚀，并致使电极上的副反映。2.不平匀的电化学堆积，这或者致使枝晶的构成。3.不褂讪的固体电解质界面（SEI）。4.电镀/剥离流程中电极的体积变动较大。

今朝褂讪金属负极的计谋为明白决金属负极的题目，近来提议了一系列计谋。这些计谋重要囊括打算三维（3D）集电器（或主机）界面点窜，谋求多成效电解质，点窜离别器，用金属负极改正基底的潮湿性，用合金负极接替纯金属负极，调动办事处境，行使新式探测东西。

RLM

RLM是指在30℃下列呈液态的金属或合金是以，RLM囊括金属汞（Hg）、金属弗朗（Fr）、金属铯（Cs）、金属镓（Ga）、镓基合金（如GaIn、GaSn、GaZn、GaInSn和GaInZn合金）、液态Na-K合金等。

RLM在褂讪金属负极方面的固有益处RLM具备很多吸惹人的特征，如低熔点、高电子/热导率、大表面张力、小附出力、大蜿蜒性、优越的电阻率、自愈合本领、低硬度、优越的合金化本领和优越的滚动性。RLM在褂讪金属负极方面呈现出很多固有的益处。首先，一些RLM与金属负极具备优越的潮湿性，它们也许做为成核种子，消沉成核樊篱，推进平匀的金属堆积。其次，一些RLM也许与很多金属合金构成合金。这些合金时常比纯金属负极具备更低的化学反映性。是以，这些RLM可用于钝化金属负极的高活性表面或建设复合合金负极。别的，RLM可用于建设基于合金化/脱合金机制的3D集电器。第三，RLM具备先进的滚动性和变形性，也许经过容易的涂层法子来润色电池中金属负极的界面。第四，RLM具备自我修理本领，也许抵制树突的成长。

RLM在锂金属负极中的运用

（a，b）离别为GaIn合金和Na-K合金的相图。（c）探索了液态钠钾合金、镓及镓基合金、汞在金属负极中的比例。（d）金属负极中镓和镓基合金的出书物。（e）RLM在金属负极方面的出书物。（f）显示金属负极RLM研发历程碑的示妄念。

制做3D集流体

Ga-in-Ga基液态金属能与多种金属（如Li、Mg、Cu、Al、Au、Ag和Ni）自觉构成Ga基合金。是以，基于合金化/脱合金计谋，镓基液态金属可用于建造锂金属负极的3D集电器。与平面集电器比拟，具备更大表面积的三维集电器也许消沉锂金属负极电镀流程中的部分灵验电流密度，终究抵制锂树枝晶的成长。别的，具备丰硕内部空间的3D集电器也许封装锂并缓和轮回流程中电极的体积变动。

（a）绘制合金化管教计谋的示妄念。（b）铜箔的SEM图象。（c，d）三维多孔铜的SEM图象。（e，f）离别显示二维平面铜集电器和三维多孔铜集电器上锂的成核和成长的示妄念。

调理锂成核

探索了镓基液态金属做为锂离子电池自愈负极材料。镓基液态金属呈现出优越的亲锂性。一方面，镓基液态金属中的某些元素也许与金属锂自觉构成锂基合金。锂基合金也具备很高的亲锂性，由于存在大批的亲锂位点。另一方面，在镓基液态金属上轻易构成表面氧化层。表面氧化层也具备优越的亲锂性。由于优越的滚动性，液体金属也许涂覆在集电器表面，以提升其亲锂性。集电器优越的亲锂性也许消沉锂的成核势垒（或成核过电位），推进锂的平匀堆积。

（a）GaInSnZn液态金属和液态金属包覆铜箔的XRD图谱。（b，c）铜箔和液态金属涂层铜箔的SEM图象。（d，e）放电弧线离别显示了锂在铜箔和液态金属涂层铜箔上的堆积举动。（f，g）将Li离别堆积在铜箔和液态金属涂层铜箔上后的SEM图象。（h，i）显示锂堆积举动的示妄念

（a）CuGa2改性铜箔建造工艺示妄念。（b–d）CuGa2改性铜箔的SEM图象。（e）CuGa2晶粒上锂镀层/剥离举动示妄念。

（a，b）离别显示了锂在MXene膜和液态金属涂覆MXene膜上的堆积举动的示妄念。（c，d）MXene薄膜的相片和SEM图象。（e，f）液态金属涂层MXene膜的相片和SEM图象。（g，h）将Li离别堆积在MXene膜和液态金属涂层MXene膜上后的SEM图象。（i，j）50次锂电镀/剥离轮回后MXene膜和液态金属涂层MXene膜的SEM图象。

（a）显示增益建造流程的示妄念NPs

C.（b）增益的SEM图象NPs

C.（c，d）TEM和增益的高分辩率TEM图象NPs

C离别地（e）增益的明场扫描TEM图象NPs

C.（f，g）显示增益上锂镀层/剥离举动的示妄念NPs

C和裸C电极。

打算人为界面层

金属锂具备高反映性。是以，锂金属负极很轻易被液体电解质侵蚀。侵蚀不单会耗损活性锂和电解液，还会在锂金属负极上构成较厚的钝化层，拦阻锂离子在电极界面上的马上传输，致使电池的高阻抗。

（a）示出锂基合金层改性锂金属负极的建造工艺的示妄念。（b）一张显示锂箔上一滴液态金属的相片。（c）液态金属涂层锂箔的相片。（d）锂基合金层改性锂箔相片。（e）一张显示锂基合金层改性锂箔柔韧性的相片。（f，g）锂箔和锂基合金层改性锂箔的SEM图象。（h，i）离别在锂电极和锂基合金层润色锂电极上电镀锂后的SEM图象。

（a）Li/soLM/LiF的建造工艺示妄念。（b）显示SS襄理转变流程的示妄念。（c，d）Li/soLM/LiF的顶视图和横截面SEM图象。（e）Li/soLM/LiF的横截面结议和Li/soLM/LiF中的Li+传输机制示妄念。

（a，b）裸锂箔和锂汞合金涂层锂箔的SEM图象。（c）柔性锂汞合金层相片。（d，e）离别显示锂汞合金涂层锂金属负极和裸锂金属负极的电化学流程的示妄念。（f，g）10次电镀/剥离轮回后，裸锂金属负极和锂汞合金涂层锂金属负极的SEM图象。经答应复制。（h）锂汞合金层在剥离/电镀流程中的形态示妄念。（i）锂金属负极和LLTO固体电解质之间的原始锂汞合金（汞齐）层的SEM图象。（j）剥离后锂金属负极和LLTO固体电解质之间的锂汞合金（汞齐）层的SEM图象。（k）剥离电镀轮回后，锂金属负极和LLTO固体电解质之间的锂汞合金（汞齐）层的SEM图象。

（a）示妄念显示了锡汞合金箔的建造工艺以及裸锡箔和锡汞合金箔的电化学举动。（b，c）锡汞合金箔的相片。（d，e）裸锡箔和锡汞合金箔的SEM图象。

（a）LM涂层离别器建造工艺示妄念。（b）LM涂层PP离别器相片。（c）LM涂层PP离别器的横截面SEM图象。（d）LM

Li电池的放电弧线。（e–h）显示核壳Li\/LixLMy复合负极建造工艺的示妄念。（i）显示HLAA电化学举动的示妄念。（j）HLAA的运转机制。（k）HLAA的可修理性。

热传导

温度对锂金属负极的极化、库仑效率和枝晶成长速度有很大影响。

（a）液态金属焊接计谋示妄念。（b）LMW负极示妄念。（c）LMW负极的SEM图象。（d）LMW负极的红外热图象。（e）未管教负极示妄念。（f）未管教负极的SEM图象。（g）未管教负极的红外热图象。

消除曾经存在的树枝晶

（a，b）显示GDL中结议和锂离子传输路途的示妄念。（c）GDL的SEM图象。（d）触摸烧蚀流程示妄念。（e，f）离别在裸铜集电器上堆积Li后的仰视图和横截面SEM图象。（g，h）离别在GDL涂层铜集电器上堆积Li后的横截面和仰视SEM图象。

RLM在此外金属负极中的运用

钠和钾金属负极

连年来，钠离子和钾离子电池因其在地壳中的大批钠和钾元素而备受

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