陈春华教授ESM：高性能锂金属电池的3D铜集流体垂直微通道中亲硫相的原位构建- 大数跨境

首页

陈春华教授ESM：高性能锂金属电池的3D铜集流体垂直微通道中亲硫相的原位构建

科学材料站

2020-10-02

导读：本文通过一种简便的合成程序，制备了一种新型的3D Cu集流体，该集流体具有垂直微通道的孔结构，并覆盖有亲硫的Li-Sb相。引入的亲硫中间相可以显着降低Li成核屏障，从而抑制Li树枝状晶体的形成。

文章信息

高性能锂金属电池的3D铜集流体垂直微通道中亲硫相的原位构建

第一作者：Junru Wang

通讯作者：陈春华*

单位：中国科学技术大学

研究背景

尽管对高能量密度电池的巨大需求激发了人们对使用金属锂作为负极的可再充电锂金属电池的研究兴趣，但是由于锂电极在电镀/去电镀和电镀过程中的体积变化很大，使用寿命短，并且存在严重的安全风险且锂枝晶会不可控生长，这是锂金属负极的两个主要问题。

文章简介

近日，中科大陈春华教授等，在国际顶级期刊Energy Storage Materials上发表题为“In-Situ Construction of Lithiophilic Interphase in Vertical Micro-Channels of 3D Copper Current Collector for High Performance Lithium-Metal Batteries”的研究工作。

在这项研究中，通过一种简便的合成程序，制备了一种新型的3D Cu集流体，该集流体具有垂直微通道的孔结构，并覆盖有亲硫的Li-Sb相。引入的亲硫中间相可以显着降低Li成核屏障，从而抑制Li树枝状晶体的形成。垂直的微通道孔结构可以有效降低局部电流密度，以调节平滑的锂沉积。

结果是，带有混合架构基板的对称电池在12 mA cm-2下对12 mAh cm-2表现出超过2000小时的超长寿命。由这种三维铜的全电池支撑Li负极加上LiFePO4具有类似结构的正极能够以高面容量（〜6 mAh cm-2）在一个苛刻的条件下经150次循环，达到91.23％的显着保留率（N / P为1.5容量比）。

具有垂直微通道和亲锂Li-Sb相的新型3D混合体系结构专为锂金属电池设计。垂直微通道有利于降低局部电流密度，从而避免电荷积聚，并且石相间界面可以显着降低Li成核势垒，从而实现高性能的无枝晶锂金属负极。

本文要点

要点一：在本文中，我们报告了具有垂直微通道和基于Sb的亲硫表面（Cu(PI)@Sb）的3D多孔Cu导电骨架。它是通过相转化带浇铸，然后进行化学种植的方法制备的。垂直微通道充当锂沉积的主体，引入的亲硫性Sb表面层可以引导平滑的锂沉积进入微通道。

要点二：因此，这样的Sb修饰的3D Cu骨架在高容量（6mAh cm-2）下或在高电流密度（例如3mA cm-2）下显示稳定的库仑效率（接近100％）。更令人印象深刻的是，对称电池Li//LixCu(PI)@Sb在高达12 mAh cm-2的高面积容量和12 mA cm-2的高电流密度的条件下，在2000 h内显示出极高的寿命，而没有形成枝晶。

要点三：此外，通过与高质量负载的LiFePO4(LFP)正极耦合，全电池LFP(PI)//LixCu(PI)@Sb表现出稳定的循环性能，在150个循环中具有约6 mAh cm-2的高容量，表明其在高性能安全LMB中的巨大应用潜力。

文章链接

In-Situ Construction of Lithiophilic Interphase in Vertical Micro-Channels of 3D Copper Current Collector for High Performance Lithium-Metal Batteries

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2405829720303524#!

通讯作者介绍

陈春华教授

2002年4月辞去在阿贡国家实验室的职位入选中国科学院人才引进计划，回中国科大材料科学与工程系任职教授，一直从事锂离子电池材料研究。在Angew. Chem. Int. Ed. Adv. Mater.等期刊上发表论文200余篇，总被引数6644次，h指数46（Researcher ID: http://www.researcherid.com/rid/F-5897-2010），入选2014年Elsevier中国化学高被引榜单和2015年及2016年汤森路透全球高被引科学家榜单。