苏州大学能源学院杨瑞枝教授CEJ：商用化妆棉衍生的复合3D亲锂碳负极：原位生成Li3N修饰- 大数跨境

首页

苏州大学能源学院杨瑞枝教授CEJ：商用化妆棉衍生的复合3D亲锂碳负极：原位生成Li3N修饰

科学材料站

2021-10-18

导读：该文章提出了一种具有原位Li3N修饰的锂碳复合负极来取代常规的锂片负极，可以和商业化正极材料相匹配组装，获得具有优异电化学性能的电池。

文章信息

商用化妆棉衍生的复合3D亲锂碳负极：原位生成Li3N修饰

第一作者：陆成逸，田萌

通讯作者：魏超慧*, 杨瑞枝*

单位：苏州大学能源学院

研究背景

锂金属负极因其极高的理论比容量而被研究者们广泛关注。然而，循环过程中的枝晶生长以及巨大的体积膨胀严重威胁了锂金属电池的循环寿命，造成了巨大的安全隐患，阻碍了锂金属电池的商业应用和发展前景。

针对以上所述问题，引入合适的宿主材料来引导锂离子的均匀沉积/剥离并缓解充放电过程中的体积膨胀，是近年来广泛采用的策略。其中，碳材料因其导电性好、密度低、储量丰富等优点成为了理想宿主材料的候选之一。然而，碳材料的本征亲锂性有限，无法有效诱导锂的生长，对碳宿主进行合理的亲锂设计可以有效解决这个问题。

因此，本工作设计了一种Ag, N和O共同修饰的亲锂碳宿主材料（Ag-NOCP），碳骨架来源是廉价的商用化妆棉。在熔融锂灌注过程中通过原位反应生成Li3N保护修饰，制备了性能优异的复合锂金属负极（Ag-NOCP@Li）。

文章简介

在这里，来自苏州大学能源学院的杨瑞枝教授课题组在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Cotton pad derived 3D lithiophilic carbon host for robust Li metal anode: In-situ generated ionic conductive Li3N protective decoration”的研究文章。

该文章提出了一种具有原位Li3N修饰的锂碳复合负极来取代常规的锂片负极，可以和商业化正极材料相匹配组装，获得具有优异电化学性能的电池。

图1. 图片摘要。

文章要点

要点一：Ag, N和O组合修饰的亲锂3D碳宿主材料

引入贵金属和掺杂异原子都是增加碳材料亲锂性的常见手段。本工作首先以商用化妆棉和尿素为原料，高温煅烧合成了具有氮氧共掺的碳骨架材料，然后使用电镀法进一步修饰上银颗粒，获得了亲锂性极佳的3D碳基宿主材料（Ag-NOCP）。Ag-NOCP的分级孔结构可允许快速的 Li +扩散并缓冲长循环过程中的体积变化。

要点二：熔锂灌注过程中原位生成Li3N保护修饰提升电极性能

本工作使用了熔融锂灌注法将金属锂与碳宿主材料复合。在此过程中，碳基底中所含有的氮元素将与熔融锂反应生成Li3N。Li3N是一种出色的锂离子导体和电子绝缘体，同时也具有优异的机械性能，可以有效地促进锂离子传输效率和转化动力学，并抑制枝晶生成。

要点三：出色的长循环稳定性和优异的全电池性能

本工作对所得复合锂负极进行了对称电池和全电池性能的测试，该复合负极材料具有超长的循环寿命，且在循环过程中体积变化幅度较小。在与两种商业化正极材料（磷酸铁锂和镍钴锰）组装的全电池中展现出优异的电化学性能。

在高达15.11 mg cm-2的负载下仍能稳定运行50圈。这项工作合理设计3D亲锂负极，并且在熔融过程中原位生产了坚固的Li3N保护修饰，为设计实用的复合锂负极提供了新的指导。

文章链接

Cotton pad derived 3D lithiophilic carbon host for robust Li metal anode: In-situ generated ionic conductive Li3N protective decoration

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132722

通讯作者简介

杨瑞枝，苏州大学能源学院特聘教授，博士生导师。

2005年于中国科学院物理研究所获理学博士学位；2005.9—2008.5，于加拿大达尔豪斯大学(Dalhousie University)作博士后研究；2008.6—2011.6，在美国斯坦福大学任职Research Associate；2011年6月至现在，于苏州大学任职教授。研究方向为：新型储能材料和器件的基础和应用研究。在相关研究领域发表SCI文章60余篇，论文引用5000余次，个人h-index为43。申请10多项中国专利和1项国际专利。主持国家科技部重点研发计划子课题、国家自然科学基金、江苏省高校自然科学研究重大项目、江苏省自然科学基金等科研项目。现任中国硅酸盐学会固态离子学理事会理事、国际电化学能源科学院(IAOEES）的Board committee member。荣获2008年度加拿大青年科学家Ulm电化学论坛奖和2013年度“中国电化学青年奖”。

魏超慧，苏州大学能源学院博士后研究员。

2014年于西安交通大学获得学士学位; 2019年于英国诺丁汉大学获得博士学位，博士导师为Prof. George Zheng Chen, Prof. Michael George; 同年加入苏州大学能源学院从事博士后研究工作，合作导师为杨瑞枝和孙靖宇教授。研究方向为：MXene基材料的可控制备及其在锂硫、锂空电池、超级电容器等电化学领域的应用；3D打印技术在储能器件中的应用研究。在相关领域累计发表SCI文章30篇，包括ACS Nano, Energy Storage Materials, Advanced Sustainable Systems, Chemical Engineering Journal，Carbon，Journal of Energy Chemistry等，其中第一/共一/通讯作者10篇，申请两项发明专利，发表论文专著（第七章）。

【第一作者介绍】

第一作者简介

陆成逸，2019年6月本科毕业于苏州大学。

现为苏州大学能源学院博士研究生，导师为杨瑞枝教授。主要从事锂金属负极保护方向的研究。以第一作者在 Chemical Engineering Journal期刊上发表论文一篇；以共同作者在 Chemical Engineering Journal，Journal of Power Sources和Solid State Ionics等期刊上发表论文。

课题组招聘

苏州大学杨瑞枝教授课题组诚聘博士后

杨瑞枝教授课题组隶属苏州大学能源学院、苏州大学能源与材料创新研究院（SIEMIS）、江苏省先进碳材料与可穿戴能源技术重点实验室，因科研工作需要，现招聘博士后。

一、课题方向：

1. 质子交换膜燃料电池关键材料的基础和应用研究；

2. 固体电解质和全固态锂电池。

学历和研究方向: 燃料电池和全固态电池

二、招聘要求：

1. 已获得化学、材料和物理等相关专业的博士学位或即将博士毕业，具备扎实的理论基础与实验技能。

2. 具有良好的中英文交流和写作能力。

3. 身心健康、工作勤奋，具有团队协作精神。

4. 具有相对独立科研工作经验,有工作经验者优先。