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L-600平行化学合成仪

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疑难问题

高安全高容量的复合锂金属负极研究取得进展

日期:2020-11-06
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金属锂具有极高的理论比容量和最低的氧化还原电极电势,因而成为了下一代高能量密度储能电池(下一代固态锂电池、锂硫电池、锂空电池等)最理想的负极材料。然而,金属锂充放电过程中的枝晶问题和锂与电解质界面膜的不稳定性严重降低了锂金属电池的循环效率,缩短了电池的使用寿命,甚至带来了一定程度的安全隐患,严重阻碍了锂金属电池的发展。

最近,研究者们提出了诸多基于导电碳骨架或金属骨架的金属锂负极。然而,很多此类骨架并未预先复合金属锂,而是作为无锂集流体进行半电池测试。这样的无锂集流体难以直接应用到全电池中。因此,如何高效地将金属锂预先复合到集流体结构中、形成可直接装配为全电池的高性能复合锂金属负极成为了研究的重点。

清华大学研究团队针对金属锂电池对于复合电极的迫切需求,提出一种珊瑚状碳纤维熔融灌锂的复合锂金属负极。采用电镀银涂层的方法将碳纤维骨架(CF)的表面改性为亲锂表面,进而可使液态熔融金属锂能够迅速吸入具有银涂层的碳纤维骨架(CF/Ag),从而制得高性能的复合锂金属负极(CF/Ag-Li)。

银镀层一方面可使任何导电骨架改性为可虹吸液态熔融锂的亲锂导电骨架,另一方面还可以降低金属锂的沉积过电势,获得高倍率下优异的循环稳定性和无枝晶无“死锂”的循环形貌。通过原位金属锂沉积实验观察,发现在该复合结构中难以形成枝晶。所提出的复合锂金属负极可以在10 mA cm-2和10 mAh cm-2的极端苛刻条件下以很低的极化稳定循环超过160圈。相比常规金属锂负极,该复合锂金属负极能够承受极端的面电流密度和面容量循环,表现出高安全性特征。