鋰金屬電池中負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對枝晶抑制的作用.pdf

1、金屬鋰由于其超高的理論容量(3840mAh g-1)，較低的密度(0.534g cm-3)以及最低的電勢(-3.04V)被認(rèn)為是鋰電池負(fù)極的理想材料。然而鋰金屬電池受制于庫倫效率低、容量衰減嚴(yán)重、循環(huán)壽命短的因素而難以推廣應(yīng)用。這些問題從電化學(xué)本質(zhì)上來說是由于鋰金屬在沉積/剝離過程中的枝晶生長引起的。枝晶的生長與固體電解質(zhì)界面(SEI)的不均勻性，金屬鋰沉積基體電場的不均勻性以及鋰離子通量的不均勻性有關(guān)。本文從鋰金屬電池的負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)入

2、手，通過解決金屬鋰的不均勻沉積避免鋰枝晶的生長，從而提高其循環(huán)壽命以及庫倫效率。
　　我們設(shè)計(jì)了以三聚氰胺泡沫為基體搭載金作為成核生長點(diǎn)的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，金作為鋰金屬成核生長點(diǎn)具有極低的成核勢壘，同時作為良導(dǎo)體，金可以有效均勻化基體電場強(qiáng)度，而三聚氰胺泡沫具有的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則可以有效均勻化電解質(zhì)中的鋰離子通量，并通過增大表面積從而降低局部電流密度，同時三維空間結(jié)構(gòu)也有利于限制金屬鋰的體積膨脹問題?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，以三聚氰胺泡沫-金

3、為載體的鋰負(fù)極在1mA cm-2電流密度下表現(xiàn)出了超過350次的循環(huán)壽命以及99％左右的高庫倫效率。在5mA cm-2的大電流密度下也可以保持100次以上的循環(huán)壽命。這種制備簡單、密度小、柔性好的結(jié)構(gòu)對于電池性能提升明顯，有望應(yīng)用于可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。
　　同時我們原位在鋰金屬表面生成了一層氨基鋰作為人工SEI膜，相比原生的SEI膜，氨基鋰人工SEI膜更加均勻，在鋰金屬的沉積/剝離過程中不易破裂，既保證了金屬鋰的均勻沉積，又從物理上