来源：科学指南针一测试万事屋
文章背景：
体积能量密度是锂金属电池(LMBs)的一个关键但容易被忽略的指标。与重量能量密度相比，LMBs的体积能量密度(VED)对阳极/阴极(A/C)比更敏感，这是由于锂(Li)金属的低密度和锂金属阳极由于其在循环期间的粉碎而导致的体积膨胀。无阳极LMBs (AF-LMBs)由于没有阳极而具有高的理论VED，并且在相对低的电池膨胀下具有高的保持力。由于锂镀覆高度依赖于母体基底，在循环过程中，铜(Cu)基底上的锂镀覆比锂基底上的锂镀覆更加可逆和致密，这有利于保持高的体积容量和有效的锂利用。
成果简介：
中国科学院物理研究所索鎏敏教授和陈立泉院士考虑到必须严格限制过量的锂以实现有竞争力的能量密度，推荐使用裸铜箔作为阳极集流体构建的无阳极 LMB (AF-LMB)，以实现高初始 VED，最小 A/C 比为 1。更重要的是，AF-LMB 可以在整个过程中保持高 VED通过产生较小的膨胀进行充放电过程，因为铜基板上的锂成核和电镀比锂基板上的密集得多。此外，在不使用高活性金属锂的情况下，AF-LMBs 在电池制造和成本方面优于 LMBs。
为了阐明上述观点，重点研究了AF-LMBs及其在VEDs和体积扩展方面的优势。通过原位光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)研究了铜基底(AF-LMB)和锂基底(LMB)上的锂镀层之间的差异，揭示了铜基底上更致密的锂镀层。同时，通过原位压力传感器监测了AF-LMB和LMB袋式电池在循环过程中的电池膨胀，证实了锂基材上的高表面积锂镀层增加了电池厚度并降低了VED。因此，在此组装的AF-LMB的VED(976 Wh L-1)比LMB的VED(846 Wh L-1)高得多，但是它们的GEDs相等。此外，AF-LMB在循环后的VED保留方面优于LMB，而没有由致密锂箔的进一步粉碎引起的显著体积膨胀。此外，铜基体上更致密的镀锂形貌可以减少SEI和死锂的形成，从而提高锂的有效利用率，进一步突出了AF-LMBs的优势。
图文速递：
总结与展望：
总之，AF-LMBs具有高初始VED和在循环过程中的低体积膨胀，导致高VED。首先，AF-LMBs中无锂金属电池的VED(975 Wh L-1)远高于LMB电池(846 Wh L-1)。第二，在AF-LMB的Li板比在LMB的要密集得多，确保了在循环中的高VED。第三，Cu衬底上的Li利用比s Li衬底上的更有效，在s Li衬底上，Li成核更均匀，并且生长更密集，有效地防止了由SEI和死Li的形成导致的不可逆的Li损失。最后，AF-LMBs具有低的体积膨胀，而不需要在LMBs中连续粉碎Li箔，这有利于保持VED。基于这些结果，AF-LMBs有望用于高能电池的进一步开发。
文献链接：