我系周永宁课题组在高性能复合金属锂负极设计方面取得新进展
发布时间:2018-12-25 

随着电动汽车等大容量移动储能应用的快速发展,传统的锂离子电池已无法满足需求。因此,具有高能量密度和长循环寿命的下一代锂电池的开发迫在眉睫。金属锂被认为是下一代锂电池最具潜力的阳极材料,因为它具有超高的理论比容量(3860 mAh/g)和极低的电化学电位(相对于标准氢电极为-3.04 V)。然而,锂金属阳极在重复锂沉积/剥离过程中存在纵向生长和锂枝晶体积变化的基本问题,严重阻碍了金属锂阳极的实际应用。最近,周永宁团队在高性能复合金属锂阳极方面的最新研究成果:发表于《赤铜矿包覆泡沫铜骨架诱导锂枝晶横向生长》(“铜芯铜包覆铜泡沫骨架主体,能够实现锂树枝状晶体向高级锂金属电池的横向生长”)权威杂志能源材料《能源存储材料》(储能材料)(2018,DOI: 10.1016/j.ensm.2018.12.007)。

金属锂阳极目前面临以下挑战:1。在循环期间垂直于电极表面生长的锂枝晶会刺穿电池隔板,导致电池内部短路。在严重的情况下,电池可能会引起火灾甚至爆炸; 2.不断增长的枝晶会消耗更多的电解质,形成不稳定的固体电解质界面(SEI)层,导致电池容量迅速衰减; 3.在枝晶生长和在断裂和电极体积变化的共同作用下,金属锂负极表面会形成电绝缘的“死”锂层,这是导致劣化的另一个重要因素电池性能。

周永宁团队成功合成了一种复合金属锂阳极(CCOF-Li),利用锂平光法诱导金属锂的横向生长。他们使用泡沫铜作为骨架,在锂铅铜泡沫表面生长一层赤铜矿。 (Cu2 + 1O)氧化物层。在保证骨架力学性能的前提下,铜泡沫的锂润湿性得到显着提高,使熔融金属锂迅速渗透到泡沫的铜骨架中,形成由三层支撑的复合金属锂。维骨架。这种特殊的电极结构为金属锂在平行于电极表面的方向上的优先生长提供了空间和条件,从而抑制了金属锂在垂直于电极表面的方向上的生长并形成了“死亡”。 “锂层。另外,三维骨架可以降低电极的局部电流密度,形成均匀的锂沉积/剥离行为,并缓冲充电和放电期间的电极体积变化。当这种复合金属锂负极用于锂 - 硫电池时,电池的循环性能和倍率性能显着提高。这篇文章的第一作者是我的博士。学生岳玉阳和沟通的作者是周永宁,一位年轻的研究员。研究工作由中央组织部青年股资助。

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