超薄锂金属(≤50μm)是下一代高比能锂金属电池负极选择。然而纯锂质软、易脆,机械加工性较差,导致超薄锂箔的制备工艺复杂、成本高昂;此外相比于较厚的锂金属负极,超薄锂金属负极常呈现更差的电化学循环性能。本文提出一种“自下而上...超薄锂金属(≤50μm)是下一代高比能锂金属电池负极选择。然而纯锂质软、易脆,机械加工性较差,导致超薄锂箔的制备工艺复杂、成本高昂;此外相比于较厚的锂金属负极,超薄锂金属负极常呈现更差的电化学循环性能。本文提出一种“自下而上”的策略制备10~50μm厚度可控的超薄还原氧化石墨烯/锂金属(rGO/Li)复合箔材,其结构由大量无序随机的rGO片层非平行排列并均匀分散在锂金属内。首先将还原氧化石墨烯(rGO)粉片与熔融锂金属在200℃下搅拌复合,获得微米级的还原氧化石墨烯/锂复合粉片,之后将复合粉片作为原材料进一步通过反复辊压制备出结构均匀、超薄的复合箔材,该方法具有一定的规模化潜力。不同于其他所报道的rGO层状薄膜结构,在复合箔材中rGO片层随机无序分散形成三维网络,有利于实现锂的均匀沉积/剥离。所制50μm超薄无序结构rGO/Li复合箔材负极在对称电池中以1 mA cm^(-2)、1 mAh cm^(-2)条件在醚基电解液中可稳定循环1600 h以上,在与硫化聚丙烯腈(SPAN)正极组配全电池以0.2 C倍率循环220次后比容量高达~675 mAh g^(-1),优于使用同厚度纯锂负极的电池。展开更多
不可控的锂枝晶生长、严重的体积膨胀以及脆弱的固态电解质中间相(SEI)严重制约了锂金属电池(LMBs)的实际应用。在本研究中,我们成功设计合成了一类具有碳纳米管基底的硫化超交联聚苯乙烯刷(CNT-g-sxPS),并将其用作新型的三维锂金属载体...不可控的锂枝晶生长、严重的体积膨胀以及脆弱的固态电解质中间相(SEI)严重制约了锂金属电池(LMBs)的实际应用。在本研究中,我们成功设计合成了一类具有碳纳米管基底的硫化超交联聚苯乙烯刷(CNT-g-sxPS),并将其用作新型的三维锂金属载体。CNT-g-sxPS的层次化大孔、中孔和微孔能够促进锂离子的传输,缓解锂负极的体积变化,提供高比表面积以降低局部电流密度,从而实现快速且均匀的锂沉积/剥离。同时,孔骨架表面均匀分布的含硫基团可以与锂原位反应生成含Li2S的SEI,有利于构筑稳定的负极/电解液界面。此外,碳纳米管基底还能提供快速的电子传输路径。因此,利用CNT-g-sxPS负载的锂金属负极(CNT-g-sxPS@Cu/Li)组装的Li|Li对称电池在1 mA cm^(-2)、1 mAh cm^(-2)下可稳定循环超过500 h。当与磷酸铁锂正极(LFP)匹配时,利用CNT-g-sxPS@Cu/Li负极组装的全电池在1 C下循环600圈后仍然具有101 mAh g^(-1)的放电比容量,容量保持率为77%。展开更多
文摘超薄锂金属(≤50μm)是下一代高比能锂金属电池负极选择。然而纯锂质软、易脆,机械加工性较差,导致超薄锂箔的制备工艺复杂、成本高昂;此外相比于较厚的锂金属负极,超薄锂金属负极常呈现更差的电化学循环性能。本文提出一种“自下而上”的策略制备10~50μm厚度可控的超薄还原氧化石墨烯/锂金属(rGO/Li)复合箔材,其结构由大量无序随机的rGO片层非平行排列并均匀分散在锂金属内。首先将还原氧化石墨烯(rGO)粉片与熔融锂金属在200℃下搅拌复合,获得微米级的还原氧化石墨烯/锂复合粉片,之后将复合粉片作为原材料进一步通过反复辊压制备出结构均匀、超薄的复合箔材,该方法具有一定的规模化潜力。不同于其他所报道的rGO层状薄膜结构,在复合箔材中rGO片层随机无序分散形成三维网络,有利于实现锂的均匀沉积/剥离。所制50μm超薄无序结构rGO/Li复合箔材负极在对称电池中以1 mA cm^(-2)、1 mAh cm^(-2)条件在醚基电解液中可稳定循环1600 h以上,在与硫化聚丙烯腈(SPAN)正极组配全电池以0.2 C倍率循环220次后比容量高达~675 mAh g^(-1),优于使用同厚度纯锂负极的电池。
文摘不可控的锂枝晶生长、严重的体积膨胀以及脆弱的固态电解质中间相(SEI)严重制约了锂金属电池(LMBs)的实际应用。在本研究中,我们成功设计合成了一类具有碳纳米管基底的硫化超交联聚苯乙烯刷(CNT-g-sxPS),并将其用作新型的三维锂金属载体。CNT-g-sxPS的层次化大孔、中孔和微孔能够促进锂离子的传输,缓解锂负极的体积变化,提供高比表面积以降低局部电流密度,从而实现快速且均匀的锂沉积/剥离。同时,孔骨架表面均匀分布的含硫基团可以与锂原位反应生成含Li2S的SEI,有利于构筑稳定的负极/电解液界面。此外,碳纳米管基底还能提供快速的电子传输路径。因此,利用CNT-g-sxPS负载的锂金属负极(CNT-g-sxPS@Cu/Li)组装的Li|Li对称电池在1 mA cm^(-2)、1 mAh cm^(-2)下可稳定循环超过500 h。当与磷酸铁锂正极(LFP)匹配时,利用CNT-g-sxPS@Cu/Li负极组装的全电池在1 C下循环600圈后仍然具有101 mAh g^(-1)的放电比容量,容量保持率为77%。
