构建亲锂铜基3D集流体实现金属锂的均匀沉积

作者：李锐; 王浩; 付强; 田子玉; 王建旭; 马小健^*; 杨剑; 钱逸泰

来源：无机材料学报, 2020, 35(08): 882-890.

• 3D铜基集流体
• 氧化铜纳米片阵列
• 表面修饰
• 锂金属负极
• 锂金属电池

锂金属负极以其最高的理论比容量(3860m Ah?g-1)和最低的电化学电位(-3.04V(vs SHE))被誉为电池界的"圣杯"。但是锂金属电池的缺点也尤为明显:充放电过程中锂金属电池容易在负极不均匀沉积从而产生锂枝晶,锂枝晶的产生会造成固体电解质介面(SEI)膜的持续破裂,不稳定的SEI膜又会加剧锂枝晶的形成,进而刺穿隔膜,导致电池的循环性能下降,产生安全隐患,所以采取相应的措施在负极均匀沉积金属锂尤为重要。本研究使用商业化的铜网,通过碱性溶剂的氧化和空气气氛煅烧,在铜网表面形成均一的亲锂氧化铜纳米片阵列。铜网的3D结构可以有效减小电流密度,亲锂的纳米片阵列可以降低锂的沉积过电势,均匀沉积锂,有效抑制锂枝晶的产生。在电流密度为3mA?cm–2的半电池测试中,稳定循环230圈后库伦效率稳定维持在99%以上;搭配磷酸铁锂(LFP)全电池测试,在1C(0.17mA×mg-1)条件下可稳定循环300圈,容量保持率为95%。本研究为锂金属负极3D集流体的设计提供了新思路。

• 单位
  合肥微尺度物质科学国家实验室; 晶体材料国家重点实验室; 中国科学技术大学