鋰陽極中存在的體積膨脹和 “死鋰”積累現(xiàn)象嚴(yán)重阻礙了實(shí)用袋裝型鋰金屬電池的發(fā)展。因此，開發(fā)高可逆、長(zhǎng)壽命的鋰金屬陽極在該領(lǐng)域具有重要的意義。這里提出了一種簡(jiǎn)便的熱引發(fā)轉(zhuǎn)化方法，通過加熱誘導(dǎo)鋰粉、石墨烯和聚偏二氟乙烯（PVDF）之間的局部反應(yīng)，制備得鋰/石墨烯復(fù)合陽極。使用簡(jiǎn)單的混合-涂覆-干燥-加熱程序，可以用薄膜流延機(jī)以卷對(duì)卷的方式獲得了大面積Li@G陽極。這種復(fù)合陽極中LiC6骨架的形貌和功能減輕了“死鋰”積累現(xiàn)象。失效分析和形貌表征表明，使用這種新型鋰陽極可以有效降低電池電阻和濃差極化現(xiàn)象。結(jié)果，嚴(yán)格遵循實(shí)際條件的0.55 Ah pLMB (Li@G/NCM811)，可以穩(wěn)定循環(huán)140次。此外，2.6 Ah pLMB (Li@G/NCM811)可提供356 Wh kg-1(基于整個(gè)電池)的高能量密度，100次循環(huán)后高容量保持率為70%。所提出的先進(jìn)鋰電極的可擴(kuò)展制備方法為設(shè)計(jì)和制備實(shí)用鋰復(fù)合陽極帶來了新進(jìn)展。
Figure 1. (a) 快速熱引發(fā)轉(zhuǎn)化工藝：從Li/G復(fù)合材料到Li@G陽極。(b) 從Li/G 復(fù)合材料到Li@G陽極的結(jié)構(gòu)演變示意圖。(c) XRD圖和 (d) XPS光譜。(e-i) 熱轉(zhuǎn)換前后的頂視和橫截面SEM圖像。(j) 通過FIB-SEM獲得Li@G陽極的橫截面SEM圖像。
Figure 2. Li@G 陽極中LiC6 骨架去鋰后的(a) 橫截面 SEM 和 (b) FIB-SEM 圖像。(c) Li@G 陽極在循環(huán)10次后的橫截面FIB-SEM 圖像。(d) Li@G陽極去鋰后的橫截面FIB-SEM圖像。
Figure 3．(a，b) 在不同剝離/電鍍?nèi)萘肯碌暮汶娏餮h(huán)性能。(c，d)對(duì)稱電池的容量-電壓曲線。(e，f) 使用不同電極的對(duì)稱電池的電壓情況。
Figure 4．(a)使用涂層干燥機(jī)卷對(duì)卷制備鋰/石墨烯箔（Li/G）。(b)在充滿Ar的烘箱中加熱后是大面積Li/G陽極。0.55 Ah Li/NCM811袋狀電池在120 kPa外部壓力下的(c)放電容量、庫(kù)侖效率和(d) 原位壓力變化。（e）Li@G/NCM811袋狀電池(設(shè)計(jì)容量為2.6 Ah)的循環(huán)性能和能量密度。(f)將這項(xiàng)工作中袋狀電池的循環(huán)壽命、能量密度和容量與先前工作的性能進(jìn)行比較。
該研究工作由中科院寧波材料所Zhaoping Liu和Xufeng Zhou課題組于2021年發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：Scalable Fabrication of Large-area Lithium/Graphene Anode towards Long-life 350 Wh kg-1 Lithium Metal Pouch Cell。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
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