李会巧教授， Nano Letters：简便、高原子经济性的化学减薄制备超薄锂策略- 大数跨境

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李会巧教授， Nano Letters：简便、高原子经济性的化学减薄制备超薄锂策略

科学材料站

2022-03-30

导读：该文章提出了一种简单、高效、原子经济的化学法减薄锂箔技术，成功制备了厚度小于15μm的超薄锂箔

文章信息

简便、高原子经济性的化学减薄制备超薄锂策略

第一作者：胡鸣涛

通讯作者：李会巧*

单位：华中科技大学

研究背景

金属锂因具有低的氧化还原电位和高的理论比容量，而被视为未来锂离子电池负极材料的最终候选。然而，现实中商业可获得的锂箔厚度通常在50μm以上且难以再通过机械加工减薄，这使得其远大于与现有商业正极材料容量匹配时所需的锂量（15μm）。负极过量的锂不仅导致了正负极实际容量的不匹配，使负极利用率大幅降低，同时也造成了电池材料成本的上升以及锂资源的浪费。

文章简介

基于此，来自华中科技大学的李会巧教授，在国际知名期刊Nano Letters上发表题为“Facile, Atom-Economic, Chemical Thinning Strategy for Ultrathin Lithium Foils”的文章。

该文章提出了一种简单、高效、原子经济的化学法减薄锂箔技术，成功制备了厚度小于15μm的超薄锂箔，其表面洁净且厚度可定制，并同时实现了制备过程中所产生的含锂副产品的回收再利用，该技术有望在工业上大规模生产超薄锂箔，对金属锂负极的实际应用具有重要意义。

图1. 超薄锂箔制备策略及其锂原子经济循环链示意图

本文要点

要点一：超薄锂箔的化学法制备策略

针对常规厚锂箔用作电池负极时带来的不平衡的N/P比及材料利用率低等问题，作者提出了一种简单且可用于卷对卷连续生产超薄锂的化学减薄工艺。利用常见的工业原料萘的乙二醇二甲醚溶液作为化学减薄剂，通过萘与金属锂之间自发的路易斯酸碱反应，在短时间内获得了厚度在15μm以下的超薄锂箔。

并且，减薄过程能够同时去除锂表面的非导电杂质，起到抛光的效果，所获得的锂箔表面平整且干净。通过改变减薄剂浓度、反应温度和反应模式，可以实现减薄速率的精确调控，适用于超薄锂箔的连续规模化生产。

图2. 超薄锂箔制备方法示意图及其减薄前后表面形貌对比

图3. 减薄速率的调控及连续规模化生产工艺示意图

要点二：副产品的回收利用及高锂原子经济性的实现

另一方面，作者对减薄过程中产生的副产品进行了回收再利用，其中，减薄过程中得到的副产品Li-Naph/DME溶液具有媲美金属锂的还原性，因此可作为还原剂、表面清洗剂等工业处理试剂进行应用。使用过后的最终废液中所含有的锂离子还通过钠盐交换，以碳酸锂的形式回收，实现了卓越的锂原子经济性。

图4. 钠盐交换实现锂的回收

作为一项概念验证研究，作者为超薄锂箔的制备提供了一种先进的、原子经济的新策略，为金属锂负极在未来高能量密度电池中的应用奠定了基础。针对该超薄锂箔的制备技术，李会巧教授团队已申请中国发明专利，期望未来能进一步进行商业开发和转化。

文章链接

Facile, Atom-Economic, Chemical Thinning Strategy for Ultrathin Lithium Foils

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.2c00338

通讯作者简介

李会巧 教授华中科技大学材料科学与工程学院教授，华中卓越学者。先后入选教育部新世纪优秀人才计划、湖北省楚天学者特聘教授、国家青年拔尖人才。

长期从事锂/钠离子电池、固态电池、微型储能器件及原位分析的研究，迄今在能源材料和储能技术领域发表SCI论文200余篇，论文被引用近15000余次，单篇引用>300次的论文8篇，15篇论文入选ESI高被引论文，H因子为69。

其中以第一作者/通讯作者在Prog. Mater. Sci. (1), Energy Environ. Sci. (3), Adv. Mater. (6), Adv. Funct. Mater. (8)，Adv. Energy Mater. (6), J. Am. Chem. Soc. (2), Angew Chem. Int. Ed.(1), Sci. Bull. (3), InfoMat (3), ACS Nano (1), Nano Lett. (3)，Energy Storage Mater. (7)等国际期刊上发表论文90余篇，主持国家及省部级项目10余项，包括自然科学基金青年项目1项，面上项目3项，湖北省自然科学基金重点1项，深圳市科技创新项目1项，承担国家科技部青年973计划1项，一带一路国际合作重点专项1项。