导读：有别于常见的纯金属锂负极，本文利用Li-B合金作为骨架，填充金属Li，制备了Li-B/Li合金电极。该电极在325℃的高温下依旧可以保持其初始结构而没有液态Li出现，大大提高了Li负极的热耐受性，使得Li负极在高温等极端环境中也可以使用。
金属Li负极因为具有最高的理论容量（3860 mA h g-1）和最低的电势（-3.04 V）而一直被视为是可充电锂基电池的负极材料候选之一。但Li负极支晶生长、安全性等问题一直没有很好的解决，严重制约了其发展。近日，华中科技大学的孙永明教授和其团队报道了Li-B合金改性Li负极，Li5B4独特的3D互联结构为合金提供了更高的稳定性。展示了Li5B4/Li复合材料在高温锂金属电池中的应用前景。而且，这种负极还可以提高室温下常规室温锂金属电池的热安全性。相关论文以题为“A Lithium Metal Anode Surviving Battery Cycling Above 200 °C”在Advance Materials上发表。论文链接： https://onlinelibrary./doi/10.1002/adma.202000952 
从锂电池研究初始，纯金属Li就是负极材料的候选者之一。但是，Li的安全性问题一直阻碍着其商业化应用。安全，稳定的石墨电极更是成为目前商业锂电池的首选。近年来Li负极的安全性问题一直集中在阻止Li支晶的生长，但却鲜有报道提高Li负极的热耐受性。目前常见的Li负极高温解决办法是使用熔盐Li盐电解液和纯Li负极，但这种电池体系反应活性高，且液态Li增加了封装成本和安全隐患。因此，研究具有良好热耐受性的金属Li电极不但可以简化高温锂金属电池的封装，还可以提高电池的热安全性，对于Li负极的实际应用具有重要意义。本文中，作者提出具有热稳定性的Li负极必须具备（1）有较好的机械稳定性和热稳定性导电骨架；（1）多孔框架结构；（3）骨架结构本省必须亲Li三个条件。基于以上考虑，最终作者选择Li-B/Li复合体系，其中金属Li的比例占整个电极的72%。实验发现即使在高温条件下，Li-B/Li复合电极依旧可以维持其自身固态结构，并表现出良好的电化学稳定性。DFT计算表明，Li-B/Li合金中Li5B4的3D骨架的高孔隙率有利于增强Li与Li5B4之间的毛细作用力，从而提高电极整体的熔点。此外，Li5B4骨架还可以提高其电极的导电性，总结来说，作者选择了Li-B/Li合金作为研究对象，探究了其在高温下的电化学性能。Li5B4的3D骨架的高机械稳定性和热稳定性在电极在高温条件下良好性能起到了至关重要的作用。即使在超过200℃时，Li5B4骨架依旧可以凭借毛细作用力而时金属Li而不出现液化。Li-B/Li合金的这一发现可以很好的避免纯Li所需的复杂封装条件，减少了在高温下液态Li流动造成的安全隐患，具备非常广阔的应用潜力。（文：Today）
图1 (a) Li5B4/Li的XRD图谱；(b) Li5B4/Li的SEM俯视图；(c)-(d) Li5B4/Li在10 mA cm-2的电流密度下脱Li后的SEM俯视图和横截面图；(e) Li5B4/Li和纯Li的脱锂充放电曲线。
图2 (a) Li5B4的晶体结构；(b)-(d) Li吸附的局部电荷密度差模拟；(c)-(d) TEM照片；(e) 不同温度和毛细半径下下液态Li的毛细现象高度； (f) 在300℃下毛细半径与接触角之间的关系
图3 (a)-(b) 在不同温度下Li5B4/Li和纯Li的宏观照片；(c) Li5B4/Li和纯Li的DSC曲线；(d) 当温度高于纯Li熔点时液态Li在Li5B4骨架中的示意图；(e) 在高温下Li5B4/Li和纯Li电极的状态示意图
图4 (a) LLZTO固态电解质制造的Li5B4/Li||Li5B4/Li对称电池的原理图；(b) Li5B4/Li||Li5B4/Li电池在25℃和200℃时的阻抗图谱；(c) Li5B4/Li电极第一次脱Li后的SEM图片；(d) Li5B4/Li电极第一次嵌Li后的SEM图片；(e) 在200℃时Li5B4/Li||Li5B4/Li电池的电压剖面图；(f) 在200℃时Li5B4/Li||Li5B4/Li电池循环前和第一次循环后的阻抗图谱。
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