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柔性和可穿戴電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展對(duì)高能量密度和優(yōu)異機(jī)械穩(wěn)定性的柔性電池提出了前所未有的需求。可充鋰金屬電池在其高理論能量密度方面顯示出巨大優(yōu)勢(shì)。然而，鋰金屬負(fù)極在柔性電池中的應(yīng)用面臨著其不良的枝晶生長(zhǎng)、機(jī)械柔性差和制備速度緩慢等方面的巨大挑戰(zhàn)。

香港理工大學(xué)鄭子劍等報(bào)道了吸鋰3D主體的合理設(shè)計(jì)，該主體能夠超快制備高度柔韌且高度穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極。

圖1 吸鋰原理和織物型鋰負(fù)極的制備過(guò)程示意圖

這里作者模仿服裝中吸汗面料的超親水設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)汗液的快速擴(kuò)散和快速蒸發(fā)，親水性纖維被用作構(gòu)建分層有序結(jié)構(gòu)的骨架，例如編織結(jié)構(gòu)，其中微尺度通道提供巨大的毛細(xì)管力。親水性織物表面潤(rùn)濕后，汗液可被毛細(xì)管迅速吸走，在纖維表面形成一層薄薄的液體層，使其有效蒸發(fā)。

圖2 吸鋰銅涂層織物的親鋰特性和毛細(xì)結(jié)構(gòu)

遵循這種非反應(yīng)性的濕芯設(shè)計(jì)，作者構(gòu)建了一種吸鋰導(dǎo)電織物作為鋰金屬的3D主體。吸鋰織物由石墨碳纖維(GCF/Cu/Cu₂O)上的同軸雙層涂層(Cu/Cu₂O)組成，形成多功能界面：Cu₂O外層為熔融鋰的即時(shí)潤(rùn)濕提供了高親和力，無(wú)需反應(yīng)，中間層的Cu穩(wěn)定了熔融鋰的同軸芯吸，石墨碳的核心層提供了合適的親鋰性，以便在隨后的循環(huán)過(guò)程中均勻沉積金屬鋰。

重要的是，吸鋰主體能夠以10 m² min^-1的顯著平均速度超快制備鋰金屬負(fù)極，比電池行業(yè)中負(fù)極的涂覆速度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。更重要的是，這種超快制造還實(shí)現(xiàn)了鋰金屬負(fù)極的高CE (＞99.4%) 和卓越的柔韌性（彎曲半徑＜2 mm）。

與磷酸鐵鋰（LFP）正極配對(duì)后，組裝的全電池可提供高充電電流密度（8 mA cm^?2）、高電池能量密度（300 Wh kg^?1）、長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性（超過(guò)550次循環(huán)），以及出色的機(jī)械強(qiáng)度（500次彎曲循環(huán)）。組裝的Li-S全電池可在貧電解液下提供高電池能量密度（380 Wh kg^-1）和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（＞450次循環(huán)）。

圖3 全電池性能

Rational Design of Li-Wicking Hosts for Ultrafast Fabrication of Flexible and Stable Lithium Metal Anodes. Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202105308

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港理工鄭子劍Small：超快制備柔性且穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極

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