基于三维集流体的无枝晶锂金属负极

doi:10.7503/cjcu20200678

摘要/Abstract

摘要：

随着电化学储能市场的迅猛发展, 当前商用锂离子电池难以满足人们对高能量密度储能器件的需求. 锂金属具有高比容量和低氧化还原电位等优点, 被认为是下一代二次电池的理想负极材料. 然而, 锂金属负极在充放电过程中会出现体积变化大、枝晶生长、界面不稳定等问题, 严重阻碍了其在二次电池中的实际应用. 三维多孔材料具有骨架/空间互穿网络结构、比表面积大、孔隙发达和机械性能好等物理特性, 用作金属锂负极的集流体, 在锂沉积/溶解过程中可以起到降低局部有效电流密度、均匀电场分布和降低锂离子浓度梯度的作用, 有望实现锂的均匀成核和无枝晶沉积, 同时抑制了电极的体积膨胀. 尽管有关三维集流体的研究报道不断出现, 但综合系统评价现有各种三维集流体体系的工作鲜见报道. 本文聚焦锂金属负极三维集流体的构建及应用研究进展, 首先分析了三维集流体抑制锂枝晶生长的基本原理及局限性, 继而重点关注了三维集流体的结构调控、表面改性和功能化等应对策略对锂成核、沉积过程的影响, 并对不同材质三维集流体的优缺点进行了归纳总结. 最后, 面向实用化, 分析并展望了三维集流体应用于锂金属电池的发展前景.

关键词: 二次电池, 锂金属负极, 三维集流体, 锂枝晶, 均匀沉积

Abstract:

Nowadays， with the rapid development of electrochemical energy storage market， the present commercial lithium ion batteries cannot meet the growing demand for energy storage devices with higher energy density. Metallic lithium is strongly regarded as the most promising anode candidate for next-generation high-energy-density batteries， due to its superior theoretical capacity and low electrochemical potential. However， there are still several determent issues to be addressed during charging and discharging， including huge volume change， lithium dendrite growth and unstable interface， which seriously hinder its practical application in secondary batteries. Three-dimensional（3D） porous matrixes are considered as ideal current collectors to realize a uniform Li nucleation and dendrite-free Li plating as well as to overcome volume expansion simultaneously. 3D current collectors possess spacial framework， large surface area， abundant pores and high mechanical properties， which enable a lower local current density， uniform electric field distribution and reduced concentration gradient for lithium anode during Li plating/stripping. Although many research papers related to 3D current collectors have been published recently， few comprehensive and systemic evaluation was revealed on the currently various 3D current collector systems. This review focuses on the research progress referring to structure design and practical application of 3D current collectors in lithium anode. Firstly， an analysis about the principle and limitation of lithium dendrite suppression by 3D current collector is provided. Secondly， we pay close attention to strategies for controllable construction， surface modification and functio-nality of a 3D structure and resulting improvement of Li deposition. A comparison among various 3D hosts based on different materials is summarized， in terms of advantages and shortages. Finally， perspectives of the future research based on the practical application in this field are discussed.

Key words: Secondary battery, Lithium metal anode, Three dimension current collector, Lithium dendrite, Uniform deposition

中图分类号:

O646

TrendMD:

李曈, 谷思辰, 林乔伟, 韩俊伟, 周光敏, 李宝华, 康飞宇, 吕伟. 基于三维集流体的无枝晶锂金属负极. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1480.

LI Tong, GU Sichen, LIN Qiaowei, HAN Junwei, ZHOU Guangmin, LI Baohua, KANG Feiyu, LYU Wei. Advanced 3D Current Collectors for Dendrite-free Lithium Metal Anode. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(5): 1480.

图/表 16

参考文献 112

1	Cheng X. B.， Zhang R.， Zhao C. Z.， Zhang Q.， Chem. Rev.， 2017， 117（15）， 10403―10473
2	Qian J.， Henderson W. A.， Xu W.， Bhattacharya P.， Engelhard M.， Borodin O.， Zhang J.， Nat. Commun.， 2015， 6， 6362
3	He X.， Liu X.， Han Q.， Zhang P.， Song X.， Zhao Y.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2020， 59（16）， 6397―6405
4	Cha E.， Patel M. D.， Park J.， Hwang J.， Prasad V.， Cho K.， Choi W.， Nat. Nanotechnol.， 2018， 13（4）， 337―344
5	Zhao Y.， Ye Y.， Wu F.， Li Y.， Li L.， Chen R.， Adv. Mater.， 2019， 31（12）， e1806532
6	Liu Y.， Lin D.， Yuen P. Y.， Liu K.， Xie J.， Dauskardt R. H.， Cui Y.， Adv. Mater.， 2017， 29（10）， 1605531
7	Liu S.， Xia X.， Deng S.， Xie D.， Yao Z.， Zhang L.， Zhang S.， Wang X.， Tu J.， Adv. Mater.， 2019， 31（3）， e1806470
8	Liu Y.， Lin D.， Liang Z.， Zhao J.， Yan K.， Cui Y.， Nat. Commun.， 2016， 7， 10992
9	Yang C.， Yin Y.， Zhang S.， Li N. ， Guo Y.， Nat. Commun.， 2015， 6， 8058
10	Li G.， Gao Y.， He X.， Huang Q.， Chen S.， Kim S. H.， Wang D.， Nat. Commun.， 2017， 8（1）， 850
11	Zheng J.， Engelhard M. H.， Mei D.， Jiao S.， Polzin B. J.， Zhang J. G.， Xu W.， Nat. Energy， 2017， 2（3）， 17012
12	Zhang X.， Wang S.， Xue C.， Xin C.， Lin Y.， Shen Y.， Li L.， Nan C. W.， Adv. Mater.， 2019， 31（11）， e1806082
13	Zhou D.， Tkacheva A.， Tang X.， Sun B.， Shanmukaraj D.， Li P.， Zhang F.， Armand M.， Wang G.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（18）， 6001―6006
14	Cohen Y. S.， Cohen. Y.， Aurbach. D.， J. Phys. Chem. B， 2000， 104， 12282―12291
15	Jun⁃ichi Y.， Shin⁃ichi T.， Katsuya H.， Keiichi S.， Yasue N.， Masayasu A.， J. Power Sources， 1998， 74， 219―227
16	Sand H. J. S.， Philos. Mag.， 2010， 1（1）， 45―79
17	Rosso M.， Brissot C.， Teyssot A.， Dollé M.， Sannier L.， Tarascon J. M.， Bouchet R.， Lascaud S.， Electrochim. Acta， 2006， 51（25）， 5334―5340
18	Cheng X.， Zhang R.， Zhao C.， Zhang Q.， Chem. Rev.， 2017， 117（15）， 10403―10473
19	Jin S.， Jiang Y.， Ji H.， Yu Y.， Adv. Mater.， 2018， 30（48）， e1802014
20	Lee B.， Paek E.， Mitlin D.， Lee S. W.， Chem. Rev.， 2019， 119（8）， 5416―5460
21	Tantratian K.， Cao D.， Abdelaziz A.， Sun X.， Sheng J.， Natan A.， Chen L.， Zhu H.， Adv. Energy Mater.， 2019， 10（5）， 1902819
22	Chen K. H.， Sanchez A. J.， Kazyak E.， Davis A. L.， Dasgupta N. P.， Adv. Energy Mater.， 2019， 9（4）， 1802534
23	Brady R. M.， Ball R. C.， Nature， 1984， 309（17）， 225―229
24	Li G.， Liu Z.， Huang Q.， Gao Y.， Regula M.， Wang D.， Chen L. Q.， Wang D.， Nat. Energy， 2018， 3（12）， 1076―1083
25	Pu J.， Li J.， Zhang K.， Zhang T.， Li C.， Ma H.， Zhu J.， Braun P. V.， Lu J.， Zhang H.， Nat. Commun.， 2019， 10（1）， 1896
26	Lu L.， Ge J.， Yang J.， Chen S.， Yao H.， Zhou F.， Yu S.， Nano. Lett.， 2016， 16（7）， 4431―4437
27	Ke X.， Liang Y.， Ou L.， Liu H.， Chen Y.， Wu W.， Cheng Y.， Guo Z.， Lai Y.， Liu P.， Shi Z.， Energy Storage Mater.， 2019， 23， 547―555
28	Zou P.， Chiang S. W.， Li J.， Wang Y.， Wang X.， Wu D.， Nairan A.， Kang F.， Yang C.， Energy Storage Mater.， 2019， 18， 155―164
29	Li J.， Zou P.， Chiang S. W.， Yao W.， Wang Y.， Liu P.， Liang C.， Kang F.， Yang C.， Energy Storage Mater.， 2020， 24， 700―706
30	Xiang J.， Yuan L.， Shen Y.， Cheng Z.， Yuan K.， Guo Z.， Zhang Y.， Chen X.， Huang Y.， Adv. Energy Mater.， 2018， 8（36）， 1802352
31	Nan Y.， Li S.， Shi Y.， Yang S.， Li B.， Small， 2019， 15（45）， e1903520
32	Liao Y.， Yuan L.， Xiang J.， Zhang W.， Cheng Z.， He B.， Li Z.， Huang Y.， Nano Energy， 2020， 69， 104471
33	Deng W.， Zhu W.， Zhou X.， Zhao F.， Liu Z.， Energy Storage Mater.， 2019， 23， 693―700
34	Wang S.， Yue J.， Dong W.， Zuo T.， Li J.， Liu X.， Zhang X.， Liu L.， Shi J.， Yin Y.， Guo Y.， Nat. Commun.， 2019， 10（1）， 4930
35	Lin D.， Liu Y.， Liang Z.， Lee H. W.， Sun J.， Wang H.， Yan K.， Xie J.， Cui Y.， Nat. Nanotechnol.， 2016， 11（7）， 626―632
36	Liu S.， Xia X.， Zhong Y.， Deng S.， Yao Z.， Zhang L.， Cheng X. B.， Wang X.， Zhang Q.， Tu J.， Adv. Energy Mater.， 2018， 8（8）， 1702322
37	Liang Z.， Lin D.， Zhao J.， Lu Z.， Liu Y.， Liu C.， Lu Y.， Wang H.， Yan K.， Tao X.， Cui Y.， Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 2016， 113（11）， 2862―2867
38	Zhao B.， Li B.， Wang Z.， Xu C.， Liu X.， Yi J.， Jiang Y.， Li W.， Li Y.， Zhang J.， ACS. Appl. Mater. Interfaces， 2020， 12（17）， 19530―19538
39	Chi S. S.， Liu Y.， Song W. L.， Fan L. Z.， Zhang Q.， Adv. Funct. Mater.， 2017， 27（24）， 1700348
40	Yue X. Y.， Wang W. W.， Wang Q. C.， Meng J. K.， Zhang Z. Q.， Wu X. J.， Yang X. Q.， Zhou Y. N.， Energy Storage Mater.， 2018， 14， 335―344
41	Liang X.， Pang Q.， Kochetkov I. R.， Sempere M. S.， Huang H.， Sun X.， Nazar L. F.， Nat. Energy， 2017， 2（9）， 17119
42	Deng W.， Liang S.， Zhou X.， Zhao F.， Zhu W. ， Liu Z.， J. Mater. Chem. A， 2019， 7（11）， 6267―6274
43	Yang G.， Li Y.， Tong Y.， Qiu J.， Liu S.， Zhang S.， Guan Z.， Xu B.， Wang Z.， Chen L.， Nano. Lett.， 2019， 19（1）， 494―499
44	Jin S.， Sun Z.， Guo Y.， Qi Z.， Guo C.， Kong X.， Zhu Y. ， Ji H.， Adv. Mater.， 2017， 29（38）， 1700783
45	Liu L.， Yin Y. X.， Li J. Y.， Li N. W.， Zeng X. X.， Ye H.， Guo Y. G.， Wan L. J.， Joule， 2017， 1（3）， 563―575
46	Zhang Y.， Luo W.， Wang C.， Li Y.， Chen C.， Song J.， Dai J.， Hitz E. M.， Xu S.， Yang C.， Wang Y.， Hu L.， Proc. Natl. Acad. Sci. USA， 2017， 114（14）， 3584―3589
47	Cui J.， Yao S.， Ihsan⁃Ul⁃Haq M.， Wu J.， Kim J. K.， Adv. Energy Mater.， 2019， 9（1）， 1802777
48	Xue P.， Liu S.， Shi X.， Sun C.， Lai C.， Zhou Y.， Sui D.， Chen Y.， Liang J.， Adv. Mater.， 2018， 30（44）， e1804165
49	Wang H.， Lin D.， Xie J.， Liu Y.， Chen H.， Li Y.， Xu J.， Zhou G.， Zhang Z.， Pei A.， Zhu Y.， Liu K.， Wang K.， Cui Y.， Adv. Energy Mater.， 2019， 9（7）， 1802720
50	Liu L.， Yin Y.， Li J.， Wang S.， Guo Y.， Wan L.， Adv. Mater.， 2018， 30（10）， 1706216
51	Deng W.， Zhou X.， Fang Q.， Liu Z.， Adv. Energy Mater.， 2018， 8（12）， 1703152
52	Huang G.， Han J.， Zhang F.， Wang Z.， Kashani H.， Watanabe K.， Chen M.， Adv. Mater.， 2019， 31（2）， e1805334
53	Phattharasupakun N.， Wutthiprom J.， Duangdangchote S.， Sawangphruk M.， Chem. Commun.， 2019， 55（40）， 5689―5692
54	Chen Q.， Yang Y.， Zheng H.， Xie Q.， Yan X.， Ma Y.， Wang L.， Peng D. L.， J. Mater. Chem. A， 2019， 7（19）， 11683―11689
55	Zhao J.， Zhou G.， Yan K.， Xie J.， Li Y.， Liao L.， Jin Y.， Liu K.， Hsu P.， Wang J.， Cheng H.， Cui Y.， Nat. Nanotechnol.， 2017， 12（10）， 993―999
56	Li X.， Yang G.， Zhang S.， Wang Z.， Chen L.， Nano Energy， 2018， 66， 104144
57	Chen Y.， Ke X.， Cheng Y.， Fan M.， Wu W.， Huang X.， Liang Y.， Zhong Y.， Ao Z.， Lai Y.， Wang G.， Shi Z.， Energy Storage Mater.， 2020， 26， 56―64
58	Yan K.， Lu Z.， Lee H. W.， Xiong F.， Hsu P. C.， Li Y.， Zhao J.， Chu S. ， Cui Y.， Nat. Energy， 2016， 1（3）， 16010
59	Wang T. S.， Liu X.， Zhao X.， He P.， Nan C. W. ， Fan L. Z.， Adv. Funct. Mater.， 2020， 30（16）， 2000786
60	Kim J.， Lee J.， Yun J.， Choi S. H.， Han S. A.， Moon J.， Kim J. H.， Lee J. W. ， Park M. S.， Adv. Funct. Mater.， 2020， 30（15）， 1910538
61	Zhu M.， Li B.， Li S.， Du Z.， Gong Y. ， Yang S.， Adv. Energy Mater.， 2018， 8（18）， 1703505
62	Zhang R.， Chen X.， Chen X.， Cheng X.， Zhang X.， Yan C. ， Zhang Q.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2017， 56（27）， 7764―7768
63	Niu C.， Pan H.， Xu W.， Xiao J.， Zhang J.， Luo L.， Wang C.， Mei D.， Meng J.， Wang X.， Liu Z.， Mai L. ， Liu J.， Nat. Nanotechnol.， 2019， 14（6）， 594―601
64	Zhang F.， Liu X.， Yang M.， Cao X.， Huang X.， Tian Y.， Zhang F. ， Li H.， Nano Energy， 2020， 69， 104443
65	Noh J.， Tan J.， Yadav D.， Wu P.， Xie K. Y. ， Yu C.， Nano. Lett.， 2020， 20（5）， 3681―3687
66	Zuo T.， Wu X.， Yang C.， Yin Y.， Ye H.， Li N. ， Guo Y.， Adv. Mater.， 2017， 29（29）， 1700389
67	Lin K.， Qin X.， Liu M.， Xu X.， Liang G.， Wu J.， Kang F.， Chen G. ， Li B.， Adv. Funct. Mater.， 2019， 29（46）， 1903229
68	Luo L.， Li J.， Yaghoobnejad Asl H. ， Manthiram A.， Adv. Mater.， 2019， 31（48）， e1904537
69	Sun Y.， Zheng G.， Seh Zhi W.， Liu N.， Wang S.， Sun J.， Lee Hye R. ， Cui Y.， Chem， 2016， 1（2）， 287―297
70	Ye H.， Xin S.， Yin Y.， Li J. Y.， Guo Y. ， Wan L. J.， J. Am. Chem. Soc.， 2017， 139（16）， 5916―5922
71	Jiang Y.， Jiang J.， Wang Z.， Han M.， Liu X.， Yi J.， Zhao B.， Sun X. ， Zhang J.， Nano Energy， 2020， 70， 104504
72	Sun Z.， Jin S.， Jin H.， Du Z.， Zhu Y.， Cao A.， Ji H. ， Wan L.， Adv. Mater.， 2018， 30（32）， e1800884
73	Song Q.， Yan H.， Liu K.， Xie K.， Li W.， Gai W.， Chen G.， Li H.， Shen C.， Fu Q.， Zhang S.， Zhang L. ， Wei B.， Adv. Energy Mater.， 2018， 8（22）， 1800564
74	Tao L.， Hu A.， Yang Z.， Xu Z.， Wall C. E.， Esker A. R.， Zheng Z. ， Lin F.， Adv. Funct. Mater.， 2020， 2000585
75	Jin C.， Sheng O.， Luo J.， Yuan H.， Fang C.， Zhang W.， Huang H.， Gan Y.， Xia Y.， Liang C.， Zhang J. ， Tao X.， Nano Energy， 2017， 37， 177―186
76	Zhang X.， Wang A.， Lv R. ， Luo J.， Energy Storage Mater.， 2019， 18， 199―204
77	Zhai P.， Wei Y.， Xiao J.， Liu W.， Zuo J.， Gu X.， Yang W.， Cui S.， Li B.， Yang S. ， Gong Y.， Adv. Energy Mater.， 2020， 10（8）， 1903339
78	Adair K. R.， Iqbal M.， Wang C.， Zhao Y.， Banis M. N.， Li R.， Zhang L.， Yang R.， Lu S. ， Sun X.， Nano Energy， 2018， 54， 375―382
79	Tan L.， Li X.， Cheng M.， Liu T.， Wang Z.， Guo H.， Yan G.， Li L.， Liu Y. ， Wang J.， J. Power Sources， 2020， 463， 228178
80	Lei M.， You Z.， Ren L.， Liu X. ， Wang J. G.， J. Power Sources， 2020， 463， 228191
81	Lei M.， Wang J. G.， Ren L.， Nan D.， Shen C.， Xie K. ， Liu X.， ACS. Appl. Mater. Interfaces， 2019， 11（34）， 30992―30998
82	Jiang T.， Chen K.， Wang J.， Hu Z.， Wang G.， Chen X. D.， Sun P.， Zhang Q.， Yan C. ， Zhang L.， J. Mater. Chem. A， 2019， 7（48）， 27535―27546
83	Zhao F.， Zhou X.， Deng W. ， Liu Z.， Nano Energy， 2019， 62， 55―63
84	Wu S.， Zhang Z.， Lan M.， Yang S.， Cheng J.， Cai J.， Shen J.， Zhu Y.， Zhang K. ， Zhang W.， Adv. Mater.， 2018， 30（9）， 1705830
85	Yun Q.， He Y. B.， Lv W.， Zhao Y.， Li B.， Kang F. ， Yang Q.， Adv. Mater.， 2016， 28（32）， 6932―6939
86	Zhao H.， Lei D.， He Y. B.， Yuan Y.， Yun Q.， Ni B.， Lv W.， Li B.， Yang Q. H.， Kang F. ， Lu J.， Adv. Energy Mater.， 2018， 8（19）， 1800266
87	Qiu H.， Tang T.， Asif M.， Huang X. ， Hou Y.， Adv. Funct. Mater.， 2019， 29（19）， 1808468
88	An Y.， Fei H.， Zeng G.， Xu X.， Ci L.， Xi B.， Xiong S.， Feng J. ， Qian Y.， Nano Energy， 2018， 47， 503―511
89	Lin K.， Li T.， Chiang S. W.， Liu M.， Qin X.， Xu X.， Zhang L.， Kang F.， Chen G. ， Li B.， Small， 2020， 2001784
90	Li Q.， Zhu S. ， Lu Y.， Adv. Funct. Mater.， 2017， 27（18）， 1606422
91	Lu Z.， Liang Q.， Wang B.， Tao Y.， Zhao Y.， Lv W.， Liu D.， Zhang C.， Weng Z.， Liang J.， Li H. ， Yang Q. H.， Adv. Energy Mater.， 2019， 9（7）， 1803186
92	Zhang R.， Wen S.， Wang N.， Qin K.， Liu E.， Shi C. ， Zhao N.， Adv. Energy Mater.， 2018， 8（23）， 1800914
93	Chen X.， Chen X.， Hou D.， Li B.， Cheng X.， Zhang R. ， Zhang Q.， Sci. Adv.， 2019， 5， eaau7728
94	Duan H.， Zhang J.， Chen X.， Zhang X.， Li J.， Huang L.， Zhang X.， Shi J.， Yin Y.， Zhang Q.， Guo Y.， Jiang L. ， Wan L.， J. Am. Chem. Soc.， 2018， 140（51）， 18051―18057
95	Xu P.， Lin X.， Hu X.， Cui X.， Fan X.， Sun C.， Xu X.， Chang J. K.， Fan J.， Yuan R.， Mao B.， Dong Q. ， Zheng M.， Energy Storage Mater.， 2020， 28， 188―195
96	Sun C.， Lin A.， Li W.， Jin J.， Sun Y.， Yang J. ， Wen Z.， Adv. Energy Mater.， 2019， 10（3）， 1902989
97	Huang K.， Li Z.， Xu Q.， Liu H.， Li H. ， Wang Y.， Adv. Energy Mater.， 2019， 9（29）， 1900853
98	Li Z.， Liu K.， Fan K.， Yang Y.， Shao M.， Wei M. ， Duan X.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（12）， 3962―3966
99	Zhang C.， Lyu R.， Lv W.， Li H.， Jiang W.， Li J.， Gu S.， Zhou G.， Huang Z.， Zhang Y.， Wu J.， Yang Q. ， Kang F.， Adv. Mater.， 2019， 31（48）， e1904991
100	Lin K.， Xu X.， Qin X.， Zhang G.， Liu M.， Lv F.， Xia Y.， Kang F.， Chen G. ， Li B.， Energy Storage Mater.， 2020， 26， 250―259
101	Zhang D.， Dai A.， Wu M.， Shen K.， Xiao T.， Hou G.， Lu J. ， Tang Y.， ACS Energy Lett.， 2019， 5（1）， 180―186
102	Gu Y.， Xu H.， Zhang X.， Wang W.， He J.， Tang S.， Yan J.， Wu D.， Zheng M.， Dong Q. ， Mao B.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2019， 58（10）， 3092―3096
103	Zhang X.， Lv R.， Wang A.， Guo W.， Liu X. ， Luo J.， Angew. Chem. Int. Ed.， 2018， 57（46）， 15028―15033
104	Zhang D.， Wang S.， Li B.， Gong Y. ， Yang S.， Adv. Mater.， 2019， 31（33）， e1901820
105	Gu J.， Zhu Q.， Shi Y.， Chen H.， Zhang D.， Du Z. ， Yang S.， ACS Nano， 2020， 14（1）， 891―898
106	Shi H.， Zhang C. J.， Lu P.， Dong Y.， Wen P. ， Wu Z.， ACS Nano， 2019， 13（12）， 14308―14318
107	Cao Z.， Zhu Q.， Wang S.， Zhang D.， Chen H.， Du Z.， Li B. ， Yang S.， Adv. Funct. Mater.， 2019， 30（5）， 1908075
108	Yoon I.， Jurng S.， Abraham D. P.， Lucht B. L.， Guduru P. R.， Nano Lett.， 2018， 18（9）， 5752―5759
109	Lopez J.， Pei A.， Oh J. Y.， Wang G. J. N.， Cui Y. ， Bao Z.， J. Am. Chem. Soc.， 2018， 140（37）， 11735―11744
110	Wang X.， Zeng W.， Hong L.， Xu W.， Yang H.， Wang F.， Duan H.， Tang M. ， Jiang H.， Nat. Energy， 2018， 3（3）， 227―235
111	Chen J.， Zhao J.， Lei L.， Li P.， Chen J.， Zhang Y.， Wang Y.， Ma Y. ， Wang D.， Nano Lett.， 2020， 20（5）， 3403―3410
112	Ye L.， Feng P.， Chen X.， Chen B.， Gonzalez K.， Liu J.， Kim I. ， Li X.， Energy Storage Mater.， 2020， 26， 371―377

Current collector	Method for loading lithium	Half cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h, CE］	Symmetry cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/(mA·h·cm^-2), cycle number/h]	Full cell performance (cathode, rate performance and lifespan)	Reference
Au@hollow carbon sphere	Electrochemical plating	0.5, 1, 300, 98%	—	—	[58]
Li_4.4Sn@hollow graphene spheres	Electrochemical plating	0.5, 1, 150, 97.5%	1, 1, 600	LiFePO₄(12 mg/cm²), 1C, 100	[71]
S?doped mesoporous carbon nanospheres	Electrochemical plating	0.5, 1, 220, 97.5%	0.5, 1, 1600	LiFePO₄, 1C, 300	[64]
Nitrogen?doped graphitic carbon foams	Electrochemical plating	2, 2, 300, 99.6%	2, 1, 200	LiFePO₄, 0.5C, 200	[50]
Hierarchical silver?nanowire? graphene host	Electrochemical plating	—	40, 1, 1000	NMC, 10C, 1000	[48]
Co@cMOF	Electrochemical plating	10, 1, 130, 91.5%	1, 1, 1000	NMC, 1C, 100	[59]
Zn@cMOF	Electrochemical plating	—	0.2, 0.2, 350	—	[60]
Zn@cMOF	Molten lithium infusion	—	1, 1, 700	—	[61]
Carbon nanotube sponge	Electrochemical plating	1, 2, 90, 98.5%	—	—	[43]
Graphite microtubes	Electrochemical plating	5, 10, 100, 97.5%	1, 10, 3000	LiFePO₄(2.0 mg/cm²), 0.5C, 1000	[44]
Hollow carbon fibers	Electrochemical plating	0.5, 2, 350, 99.5%; 1, 6, 75, 99%	2, 1, 600	LiFePO₄, 0.2, 150	[45]
Carbon nanotube paper	Molten lithium infusion/Electrochemical plating	—	2, 9.5, 3000	LiFePO₄, 1 mA/cm², 1000	[72]
Layered Li?rGO composite film	Molten lithium infusion	—	3, 1, >100	—	[35]
Nitrogen?doped graphene	Molten lithium infusion	—	1, 1, 727	LiFePO₄, 0.2C, 500	[52]
Ag@carbon fiber paper	Electrochemical plating	0.5, 2, 110, 98%	—	—	[56]
Vertically grown edge?rich graphene nanosheets@ carbon fiber	Molten lithium infusion	—	0.5, 1, 1000	LiFePO₄, 1C, 1000	[73]
Lithiophilic carbon film	Molten lithium infusion	—	1, 1, 600	Mg/Ti-LiNiO₂, 0.2C, 50	[74]
Si@carbon fiber	Molten lithium infusion	—	3, 1, >80	—	[37]
Graphitized carbon fibers	Electrochemical plating	0.5, 8, 50, 98%	2, 1, 170	LiFePO₄, 0.5C, 800	[66]
TiN@ carbon fibers	Electrochemical plating	3, 1, 200, 96.8%	1, 1, 600	LiFePO₄, 1C, 250	[67]
Mo₂N@ carbon fibers	Electrochemical plating	4, 3, 150, 99.2%	6, 6, 1500	NMC811, 3C, 150	[68]
Current collector	Method for loading lithium	Half cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h, CE］	Symmetry cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/(mA·h·cm^-2), cycle number/h]	Full cell performance (cathode, rate performance and lifespan)	Reference
Amine?functionalized meso? porous carbon nanofibres	Molten lithium infusion	—	—	NMC622, 353 W·h/kg; NMC811, 381 W·h/kg	[63]
Gradient?distributed ZnO@ carbon fibers	Electrochemical plating	0.5, 0.5, 700,98.1%	0.5, 0.5, 1400	LiFePO₄, 1C, 300	[31]
Au modification on one side of the carbon fibers matrix	Electrochemical plating	2, 4, 99.0%, 400; 5, 5, 98.0%, 100	1, 2, 700	Li—S(2.0 mA·h/cm²), 0.1C, 100(672 mA·h/g)	[30]
Au modification on one side of the carbon fiber paper	Electrochemical plating	2, 30, 98.7%	10, 30, 1000	Li—S(4.0 mg/cm²), 0.5C, 200(933 mA·h/g)	[32]
LiF@carbonized eggplant	Molten lithium infusion	1, 2.2, 100, 99.1%	1, 3, 250	LiCoO?, 0.2C, 80	[49]
ZnO@carbonized wood	Molten lithium infusion	—	3, 1, 225	—	[46]
ZnO quantum dots@ carbonized bamboo	Electrochemical plating	1, 1, 200, 96.8%	—	LiCoO₂, 0.5C, 160	[75]

Current collector	Method for loading lithium	Half cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h, CE］	Symmetry cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/(mA·h·cm^-2), cycle number/h]	Full cell performance (cathode, rate performance and lifespan)	Reference
Au@hollow carbon sphere	Electrochemical plating	0.5, 1, 300, 98%	—	—	[58]
Li_4.4Sn@hollow graphene spheres	Electrochemical plating	0.5, 1, 150, 97.5%	1, 1, 600	LiFePO₄(12 mg/cm²), 1C, 100	[71]
S?doped mesoporous carbon nanospheres	Electrochemical plating	0.5, 1, 220, 97.5%	0.5, 1, 1600	LiFePO₄, 1C, 300	[64]
Nitrogen?doped graphitic carbon foams	Electrochemical plating	2, 2, 300, 99.6%	2, 1, 200	LiFePO₄, 0.5C, 200	[50]
Hierarchical silver?nanowire? graphene host	Electrochemical plating	—	40, 1, 1000	NMC, 10C, 1000	[48]
Co@cMOF	Electrochemical plating	10, 1, 130, 91.5%	1, 1, 1000	NMC, 1C, 100	[59]
Zn@cMOF	Electrochemical plating	—	0.2, 0.2, 350	—	[60]
Zn@cMOF	Molten lithium infusion	—	1, 1, 700	—	[61]
Carbon nanotube sponge	Electrochemical plating	1, 2, 90, 98.5%	—	—	[43]
Graphite microtubes	Electrochemical plating	5, 10, 100, 97.5%	1, 10, 3000	LiFePO₄(2.0 mg/cm²), 0.5C, 1000	[44]
Hollow carbon fibers	Electrochemical plating	0.5, 2, 350, 99.5%; 1, 6, 75, 99%	2, 1, 600	LiFePO₄, 0.2, 150	[45]
Carbon nanotube paper	Molten lithium infusion/Electrochemical plating	—	2, 9.5, 3000	LiFePO₄, 1 mA/cm², 1000	[72]
Layered Li?rGO composite film	Molten lithium infusion	—	3, 1, >100	—	[35]
Nitrogen?doped graphene	Molten lithium infusion	—	1, 1, 727	LiFePO₄, 0.2C, 500	[52]
Ag@carbon fiber paper	Electrochemical plating	0.5, 2, 110, 98%	—	—	[56]
Vertically grown edge?rich graphene nanosheets@ carbon fiber	Molten lithium infusion	—	0.5, 1, 1000	LiFePO₄, 1C, 1000	[73]
Lithiophilic carbon film	Molten lithium infusion	—	1, 1, 600	Mg/Ti-LiNiO₂, 0.2C, 50	[74]
Si@carbon fiber	Molten lithium infusion	—	3, 1, >80	—	[37]
Graphitized carbon fibers	Electrochemical plating	0.5, 8, 50, 98%	2, 1, 170	LiFePO₄, 0.5C, 800	[66]
TiN@ carbon fibers	Electrochemical plating	3, 1, 200, 96.8%	1, 1, 600	LiFePO₄, 1C, 250	[67]
Mo₂N@ carbon fibers	Electrochemical plating	4, 3, 150, 99.2%	6, 6, 1500	NMC811, 3C, 150	[68]
Current collector	Method for loading lithium	Half cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h, CE］	Symmetry cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/(mA·h·cm^-2), cycle number/h]	Full cell performance (cathode, rate performance and lifespan)	Reference
Amine?functionalized meso? porous carbon nanofibres	Molten lithium infusion	—	—	NMC622, 353 W·h/kg; NMC811, 381 W·h/kg	[63]
Gradient?distributed ZnO@ carbon fibers	Electrochemical plating	0.5, 0.5, 700,98.1%	0.5, 0.5, 1400	LiFePO₄, 1C, 300	[31]
Au modification on one side of the carbon fibers matrix	Electrochemical plating	2, 4, 99.0%, 400; 5, 5, 98.0%, 100	1, 2, 700	Li—S(2.0 mA·h/cm²), 0.1C, 100(672 mA·h/g)	[30]
Au modification on one side of the carbon fiber paper	Electrochemical plating	2, 30, 98.7%	10, 30, 1000	Li—S(4.0 mg/cm²), 0.5C, 200(933 mA·h/g)	[32]
LiF@carbonized eggplant	Molten lithium infusion	1, 2.2, 100, 99.1%	1, 3, 250	LiCoO?, 0.2C, 80	[49]
ZnO@carbonized wood	Molten lithium infusion	—	3, 1, 225	—	[46]
ZnO quantum dots@ carbonized bamboo	Electrochemical plating	1, 1, 200, 96.8%	—	LiCoO₂, 0.5C, 160	[75]

Metal?base	Current collector	Method for loading lithium	Half cell performance [current density/ (mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h, CE］	Symmetry cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h]	Full cell performance (cathode, rate performance and lifespan)	Ref.
Metal foam	Cu₂S nanowire@Cu foam	Electrochemical plating	1, 1, 500, 99.2%; 4, 4, 100, 98%	—	LiFePO₄(6.0 mg/cm²), 0.5C, 300	[77]
	Cu nanowire@Cu foam	Molten lithium infusion	—	10, 1, 200	LiFePO₄(7.5 mg/cm²), 2C, 400	[78]
	Cu nanowire@Li₂O@ Cu foam	Molten lithium infusion	1, 1, 300, 98.5%; 2, 2, 100, 93%	3, 1, 600	LiFePO₄, 1C, 500	[79]
	CuON nanoarray@Cu foam	Molten lithium infusion	0.5, 1, 200, 98.8%; 2, 1, 100, >98%	2, 1, 2100	LiFePO₄, 2C, 300	[80]
	CoO nanofiber@Ni foam	Molten lithium infusion	—	1, 1, 130	NCA, 4C, 500	[40]
	Co₃N nanobrush@Ni foam	Electrochemical plating	0.5, 1, 200, 98.3%	0.5, 1, 1600	LiFePO₄(2.5 mg/cm²), 0.5C, 600	[81]
	Nitrogen?doped graphdiyne nanowall@Cu foam	Molten lithium infusion	1, 1, 250, 98%; 5, 1, 150, 99.6%; 1, 5, 70, >99%	1, 1, 719	NCM, 0.2C, 440	[82]
	Vertically aligned ZnO nanosheets@Ni foam	Molten lithium infusion	1, 1, 150, 98.5%	1, 1, 400; 5, 1, 250	LiFePO₄, 0.5C, 100	[83]
	Cu?CuO@Ni foam	Molten lithium infusion	1, 1, 250, >95%; 3, 1, 100, >90%	0.5, 0.5, 580	—	[84]
	CuBr? and Br?doped graphene?like film@Ni foam	Molten lithium infusion	2, 2, 300, 98.9%	1, 1, 850	LiFePO₄(20.3 mg/cm²), 0.7 mA/cm², 200	[94]
Metal?base	Current collector	Method for loading lithium	Half cell performance [current density/ (mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h, CE］	Symmetry cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h]	Full cell performance (cathode, rate performance and lifespan)	Ref.
	Restructured rimous Cu foam	Electrochemical plating	3, 1, 220, 98.8%	3, 1, 200	LiFePO₄, 1C, 330	[100]
	g?C₃N_4@Ni foam	Electrochemical plating	0.5, 1, 300, 98%; 1, 2, 140, 97%	1, 1, 900	LiCoO₂, 1C, 200	[91]
	AuLi_3@Ni foam	Molten lithium infusion	0.5, 1, 98%, 100	0.5, 1, 740	LiFePO₄, 1C, 500	[27]
Compact porous Cu	3D porous Cu	Electrochemical plating	1, 1, 140, >97%	0.2, 1, 1000	LiFePO₄, 0.5C, 300	[85]
	Compact 3D Cu	Electrochemical plating	1, 1, 200, 97.9%	1, 1, 400	LiFePO₄, 1C, 350	[86]
	3D porous Cu	Electrochemical plating	0.5, 1, 250, >98%	1, 1, 800	LiFePO₄, 2C, 200	[87]
	3D porous Cu	Electrochemical plating	0.52, 0.26, 120, ca. 81%	0.52, 0.26, 120	NCM, 50 mA/g, 300	[88]
	Zn@3D porous Cu	Electrochemical plating	0.5, 1, 220, 95%	1, 1, 450	—	[101]
	N?doped graphene@ compact porous Cu	Electrochemical plating	0.5, 4, 100, 97.8%	—	LiFePO₄(6.4 mg/cm²), 0.5C, 100	[92]
Cu mesh	Cu mesh	Mechanical press/ Electrochemical plating	0.5, 1, 100, 97.5%	0.5, 1, 230	Li₄Ti₅O₁₂, 4C, 500	[90]
	U?LDH?O@Cu mesh	Electrochemical plating	1, 6, 80, >95%	2, 1, 200	—	[98]
	Faceted Cu(100)@Cu mesh	Electrochemical plating	4, 1, 400, 97%	2, 1, 300	LiFePO₄, 1C, 120	[102]
	Cu nanowires network	Electrochemical plating	1, 2, 200, 98.6% (Average)	1, 2, 550	LiCoO₂, 5C, 100	[26]
Cu nanowires	Cu nanowire network with phosphidation gradient	Electrochemical plating	1, 1, 150, 97.4%	1, 1, 1000	LiFePO₄(3 mg/cm²), 0.5C, 300	[99]
	Cu₃P nanowires	Molten lithium infusion	1, 1, 200, 98%	2, 2, 450	LiFePO₄(9.4 mg/cm²), 1C, 700	[96]

Metal?base	Current collector	Method for loading lithium	Half cell performance [current density/ (mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h, CE］	Symmetry cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h]	Full cell performance (cathode, rate performance and lifespan)	Ref.
Metal foam	Cu₂S nanowire@Cu foam	Electrochemical plating	1, 1, 500, 99.2%; 4, 4, 100, 98%	—	LiFePO₄(6.0 mg/cm²), 0.5C, 300	[77]
	Cu nanowire@Cu foam	Molten lithium infusion	—	10, 1, 200	LiFePO₄(7.5 mg/cm²), 2C, 400	[78]
	Cu nanowire@Li₂O@ Cu foam	Molten lithium infusion	1, 1, 300, 98.5%; 2, 2, 100, 93%	3, 1, 600	LiFePO₄, 1C, 500	[79]
	CuON nanoarray@Cu foam	Molten lithium infusion	0.5, 1, 200, 98.8%; 2, 1, 100, >98%	2, 1, 2100	LiFePO₄, 2C, 300	[80]
	CoO nanofiber@Ni foam	Molten lithium infusion	—	1, 1, 130	NCA, 4C, 500	[40]
	Co₃N nanobrush@Ni foam	Electrochemical plating	0.5, 1, 200, 98.3%	0.5, 1, 1600	LiFePO₄(2.5 mg/cm²), 0.5C, 600	[81]
	Nitrogen?doped graphdiyne nanowall@Cu foam	Molten lithium infusion	1, 1, 250, 98%; 5, 1, 150, 99.6%; 1, 5, 70, >99%	1, 1, 719	NCM, 0.2C, 440	[82]
	Vertically aligned ZnO nanosheets@Ni foam	Molten lithium infusion	1, 1, 150, 98.5%	1, 1, 400; 5, 1, 250	LiFePO₄, 0.5C, 100	[83]
	Cu?CuO@Ni foam	Molten lithium infusion	1, 1, 250, >95%; 3, 1, 100, >90%	0.5, 0.5, 580	—	[84]
	CuBr? and Br?doped graphene?like film@Ni foam	Molten lithium infusion	2, 2, 300, 98.9%	1, 1, 850	LiFePO₄(20.3 mg/cm²), 0.7 mA/cm², 200	[94]
Metal?base	Current collector	Method for loading lithium	Half cell performance [current density/ (mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h, CE］	Symmetry cell performance [current density/(mA·cm^-2), areal capacity/ (mA·h·cm^-2), cycle number/h]	Full cell performance (cathode, rate performance and lifespan)	Ref.
	Restructured rimous Cu foam	Electrochemical plating	3, 1, 220, 98.8%	3, 1, 200	LiFePO₄, 1C, 330	[100]
	g?C₃N_4@Ni foam	Electrochemical plating	0.5, 1, 300, 98%; 1, 2, 140, 97%	1, 1, 900	LiCoO₂, 1C, 200	[91]
	AuLi_3@Ni foam	Molten lithium infusion	0.5, 1, 98%, 100	0.5, 1, 740	LiFePO₄, 1C, 500	[27]
Compact porous Cu	3D porous Cu	Electrochemical plating	1, 1, 140, >97%	0.2, 1, 1000	LiFePO₄, 0.5C, 300	[85]
	Compact 3D Cu	Electrochemical plating	1, 1, 200, 97.9%	1, 1, 400	LiFePO₄, 1C, 350	[86]
	3D porous Cu	Electrochemical plating	0.5, 1, 250, >98%	1, 1, 800	LiFePO₄, 2C, 200	[87]
	3D porous Cu	Electrochemical plating	0.52, 0.26, 120, ca. 81%	0.52, 0.26, 120	NCM, 50 mA/g, 300	[88]
	Zn@3D porous Cu	Electrochemical plating	0.5, 1, 220, 95%	1, 1, 450	—	[101]
	N?doped graphene@ compact porous Cu	Electrochemical plating	0.5, 4, 100, 97.8%	—	LiFePO₄(6.4 mg/cm²), 0.5C, 100	[92]
Cu mesh	Cu mesh	Mechanical press/ Electrochemical plating	0.5, 1, 100, 97.5%	0.5, 1, 230	Li₄Ti₅O₁₂, 4C, 500	[90]
	U?LDH?O@Cu mesh	Electrochemical plating	1, 6, 80, >95%	2, 1, 200	—	[98]
	Faceted Cu(100)@Cu mesh	Electrochemical plating	4, 1, 400, 97%	2, 1, 300	LiFePO₄, 1C, 120	[102]
	Cu nanowires network	Electrochemical plating	1, 2, 200, 98.6% (Average)	1, 2, 550	LiCoO₂, 5C, 100	[26]
Cu nanowires	Cu nanowire network with phosphidation gradient	Electrochemical plating	1, 1, 150, 97.4%	1, 1, 1000	LiFePO₄(3 mg/cm²), 0.5C, 300	[99]
	Cu₃P nanowires	Molten lithium infusion	1, 1, 200, 98%	2, 2, 450	LiFePO₄(9.4 mg/cm²), 1C, 700	[96]

[1]	李威, 罗飘, 黄廉湛, 崔志明. 基于聚苯乙烯磺酸的锂金属负极界面保护层的设计[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220166.
[2]	李伟辉, 李浩博, 曾诚, 梁昊樾, 陈佳俊, 李俊勇, 李会巧. 热压法构筑锂负极聚偏氟乙烯基双功能保护层的研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210629.
[3]	姜宝正, 黄文婷, 刘文宝, 郭荣胜, 徐成俊, 康飞宇. 纳米铜修饰三维锌网电极的制备及锌离子电池负极的电化学性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220257.
[4]	詹迎新, 石鹏, 张学强, 魏俊宇, 张乾魁, 黄佳琦. 锂金属负极亲锂骨架的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(5): 1569.
[5]	王增强, 孙一翎, 钱正芳, 王任衡. 基于表界面反应及优化的锂金属电池研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(4): 1017.
[6]	王凤春, 周万里. 离子型添加剂四丁基胺-双(氟磺酰)亚胺对锂电池性能的影响[J]. 高等学校化学学报, 2018, 39(11): 2529.
[7]	郭爱红,毕成良,焦丽芳,张宝贵 . 全氟二异丙基膦酸锂的合成及其电化学性能研究[J]. 高等学校化学学报, 2007, 28(1): 106.
[8]	张存中, 刘震, 林丽君, 齐菲, 吴锋. 高铁酸盐在SnO₂-Sb₂O₃/Ti电极上的选择性电化学合成[J]. 高等学校化学学报, 2005, 26(5): 927.
[9]	黄宗浩, 阚玉和, 徐栋, 马淑荣, 杨桂霞, 孟素慈, 苏忠民. 石墨负极充放电过程的DFT研究[J]. 高等学校化学学报, 2005, 26(12): 2289.
[10]	黄宗浩阚玉和徐栋马淑荣杨桂霞孟素慈苏忠民. 石墨负极充放电过程的DFT研究[J]. 高等学校化学学报, 2005, 26(12): 2289.
[11]	万传云, 努丽燕娜, 江志裕. 掺稀土的LiM_0.02Mn_1.98O₄锂离子电池正极材料[J]. 高等学校化学学报, 2002, 23(1): 126.
[12]	林东风, 陈霜睿, 蔡蓉, 宋德瑛, 申泮文. 正交表诸因素对铁电极充电效率的影响[J]. 高等学校化学学报, 2001, 22(S1): 13.
[13]	谢德民, 傅玉洁, 王荣顺, 王存国, 张喜艳. 硫化类聚乙炔电池的研究[J]. 高等学校化学学报, 1992, 13(9): 1233.
[14]	张喜艳, 谢德民, 王荣顺, 傅玉杰, 王存国, 赵成大, 李长志, 王宝忱. 聚并苯二次电池的研究[J]. 高等学校化学学报, 1991, 12(9): 1275.