鋰金屬電池中負極結構設計對枝晶抑制的作用.pdf

1、金屬鋰由于其超高的理論容量(3840mAh g-1)，較低的密度(0.534g cm-3)以及最低的電勢(-3.04V)被認為是鋰電池負極的理想材料。然而鋰金屬電池受制于庫倫效率低、容量衰減嚴重、循環(huán)壽命短的因素而難以推廣應用。這些問題從電化學本質上來說是由于鋰金屬在沉積/剝離過程中的枝晶生長引起的。枝晶的生長與固體電解質界面(SEI)的不均勻性，金屬鋰沉積基體電場的不均勻性以及鋰離子通量的不均勻性有關。本文從鋰金屬電池的負極結構設計入

2、手，通過解決金屬鋰的不均勻沉積避免鋰枝晶的生長，從而提高其循環(huán)壽命以及庫倫效率。
　　我們設計了以三聚氰胺泡沫為基體搭載金作為成核生長點的三維導電網絡結構，金作為鋰金屬成核生長點具有極低的成核勢壘，同時作為良導體，金可以有效均勻化基體電場強度，而三聚氰胺泡沫具有的三維網絡結構則可以有效均勻化電解質中的鋰離子通量，并通過增大表面積從而降低局部電流密度，同時三維空間結構也有利于限制金屬鋰的體積膨脹問題?；谝陨蟽?yōu)點，以三聚氰胺泡沫-金

3、為載體的鋰負極在1mA cm-2電流密度下表現出了超過350次的循環(huán)壽命以及99％左右的高庫倫效率。在5mA cm-2的大電流密度下也可以保持100次以上的循環(huán)壽命。這種制備簡單、密度小、柔性好的結構對于電池性能提升明顯，有望應用于可穿戴設備等領域。
　　同時我們原位在鋰金屬表面生成了一層氨基鋰作為人工SEI膜，相比原生的SEI膜，氨基鋰人工SEI膜更加均勻，在鋰金屬的沉積/剝離過程中不易破裂，既保證了金屬鋰的均勻沉積，又從物理上