构建亲锂铜基3D集流体实现金属锂的均匀沉积

摘要

锂金属负极以其最高的理论比容量(3860 mAh?g?1)和最低的电化学电位(?3.04 V(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3 mA?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(0.17 mA·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.