鋰金屬電池的實(shí)際應(yīng)用受到循環(huán)過程中不受控制的枝晶生長的限制。在此，提出了一種簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展的方法來使用激光劃線技術(shù)穩(wěn)定鋰金屬陽極，以集成設(shè)計(jì)和構(gòu)建具有親鋰金屬氧化物納米顆粒的激光誘導(dǎo)石墨烯 （LIG）。 多孔 LIG 和親石 MnOx 納米顆粒有效降低 Li 的成核過電位并調(diào)節(jié)均勻的 Li 鍍層，而陣列結(jié)構(gòu)提供連續(xù)和超快的離子/電子傳輸通道，以高速率和高容量加速 Li+ 傳輸動(dòng)力學(xué)。因此，Li@MnOx@LIG-a 陽極表現(xiàn)出高達(dá) 40 mA cm
-2 的優(yōu)異倍率能力和低成核過電位。它還可以承受 20 mAh cm
-2 的超高鋰容量，而不會(huì)出現(xiàn)枝晶生長，并在 40 mA cm
-2 下以 100% 放電深度穩(wěn)定循環(huán) 3000 小時(shí)。更重要的是，這項(xiàng)技術(shù)可以擴(kuò)展到其他金屬氧化物，用于各種金屬電池。
Fig 1. CO
2 激光誘導(dǎo)技術(shù)對(duì) MnOx 修飾石墨烯陣列的整合設(shè)計(jì)和合成路線。
Fig 2. (a） 描繪了激光技術(shù)形成 MnOx@LIG 復(fù)合材料的示意圖。（b） LIG 和 MnO 的 XRD 圖譜 x@LIG. （c） LIG 和 MnO 的拉曼光譜 x@LIG. （d） LIG 和 MnO 的 XPS 全光譜x@LIG. 高分辨率 （e） Mn 2p， （f） O 1s 和 （g） C 1s MnO x@LIG XPS 光譜。
Fig 3. （a） p-LIG 陣列、（b） LIG 陣列和 （c） MnOx@LIG 陣列的低放大倍率頂視圖 SEM 圖像。（d） 高倍率 SEM 圖像和 （e， f） LIG 的 TEM 圖像。（g） 高倍率 SEM 圖像，（h） TEM 圖像，（i） HRTEM 圖像和 （j） MnO x@LIG 的 SAED 圖像，以及 （k） C、O 和 Mn 元素的相應(yīng) EDX 映射。
Fig 4. （a） MnOx@LIG-a 和 Cu 箔電極在 1 mA cm
-2 時(shí)的成核過電位。（b） MnOx@LIG-a、LIG-a、p-LIG-a 和銅箔電極在 1 mA cm
-2-1 mAh cm
-2 下的庫侖效率，以及 MnOx@LIG-a 電極在 0.5 mA cm
-2-0.5 mAh cm
-2 和 5 mA cm
-2-1 mAh cm
-2 下的庫侖效率。（c） 使用銅箔和 MnOx@LIG-a 電極在 0.5-40 mA cm
-2 下測(cè)量對(duì)稱電池的倍率性能，固定面積容量為 1 mAh cm
-2。使用 Cu 箔和 MnOx@LIG-a 電極在 （d） 10 mA cm
-2-10 mAh cm
-2 和 （e） 40 mA cm
-2-20 mAh cm
-2 下測(cè)量對(duì)稱電池的循環(huán)性能。（f） 使用MnOx@LIG-a負(fù)極和各種LMAs在不同電流密度下的對(duì)稱電池循環(huán)壽命的比較
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Fig 5. （a） 5 mAh cm
-2 和 （b） 20 mAh cm
-2 的 Li 沉積后銅箔的 SEM 圖像;（c） 第 50 個(gè) Li 鍍層和 （d） 第 50 個(gè) Li 以 3 mA cm
-2-10 mAh cm
-2 剝離后的銅箔電極。（e） Cu 箔電極上鍍鋰行為的示意圖。（f） 5 mAh cm
-2 和 （g） 20 mAh cm
-2 的 Li 沉積后 LIG-a 的 SEM 圖像;（h） 第 50 個(gè) Li 鍍層和 （i） 第 50 個(gè) Li 剝離后，在 3 mA cm
-2-10 mAh cm
-2 下剝離。（j） LIG-a 電極上鍍鋰行為的示意圖。（k） 5 mAh cm
-2 和 （l） 20 mAh cm
-2 的 Li 沉積后 MnOx@LIG-a 的 SEM 圖像;（m） 第 50 個(gè) Li 鍍層和 （n） 第 50 個(gè) Li 剝離后，MnOx@LIG-a 電極在 3 mA cm
-2-10 mAh cm
-2 下剝離。（o） MnOx@LIG-a 電極上鍍鋰行為的示意圖（嵌圖是相應(yīng)的光學(xué)圖像）。
Fig 6. （a） Li@MnOx@LIG-a||LFP 完整電池。（b） Li@MnOx@LIG-a||LFP，Li@LIG-a||LFP 和 Li@Cu||0.1–5 C 下的 LFP 電池。（c） Li@MnOx@LIG-a||不同電流速率的 LFP 電池。（d） Li@MnOx@LIG-a||LFP 電池在 1 C 下進(jìn)行不同循環(huán)。（e） Li@MnOx@LIG-a||LFP，Li@LIG-a||LFP 和 Li@Cu||LFP 電池在 1 C 下，以及（插圖）由 1 Li@MnOx@LIG-a||LFP 紐扣電池，帶有由 LIG 技術(shù)制備的學(xué)?；照?。
相關(guān)研究工作由廣東工業(yè)大學(xué)Shaoming Huang和Yijuan Li課題組——激光誘導(dǎo)石墨烯陣列與親鋰 MnOx 納米顆粒的集成設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)卓越的鋰金屬電池于2024年聯(lián)合在線發(fā)表在《eScience》期刊上，Integrative design of laser-induced graphene array with lithiophilic MnOx nanoparticles enables superior lithium metal batteries，原文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.esci.2023.100134
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
