细菌纤维素衍生的三维碳集流体用于无枝晶的锂金属负极

摘要

锂金属是下一代高能量密度电池的关键负极,然而其实用化面临着一系列问题,主要包括循环过程中体积变化大、枝晶生长等.使用三维集流体是解决这些问题的有效方法,然而现有大多数三维集流体存在重量大、体积大、表面亲锂性差、成本高等问题.针对上述问题,本文以低成本的细菌纤维素为前驱体,通过直接碳化制备出具有连通网络的轻质三维碳集流体,其表面均匀分布的含氧官能团可以促进锂离子的均匀成核和沉积,有效抑制了枝晶生长.值得注意的是,该集流体的面密度仅为0.32 mg·cm-2,在3 mAh·cm-2比容量的锂金属负极中质量占比仅为28.8％.电化学测试结果表明,该集流体在3 mA·cm-2的高电流密度或4 mAh·cm-2的高循环容量的工作条件下,稳定循环超过150次,并且在对称电池或与LiNi0.8Co0.15Al0.05匹配的全电池中也表现出良好的电化学性能.