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鋰金屬是下一代高能電池最有前途的負(fù)極候選之一。然而，鋰粉化和相關(guān)的電接觸損失仍然是重大挑戰(zhàn)。

北京理工大學(xué)陳人杰等人報(bào)道了一種抗粉化和高連續(xù)性鋰金屬負(fù)極，該負(fù)極包含少量固態(tài)電解質(zhì)(SSE)納米顆粒作為保形/犧牲填料和銅(Cu)箔作為支撐集流體，以促進(jìn)鋰成核并同時(shí)防止電極粉化。

圖1 防粉化和高連續(xù)性鋰金屬負(fù)極的設(shè)計(jì)理念

這種混合負(fù)極是通過將SSE與熔融鋰集成，然后涂覆在處理過的Cu集流體上以使用簡便的輥對輥策略形成堅(jiān)固的鋰電極來實(shí)現(xiàn)的。

SSE納米顆粒及其在鋰負(fù)極中的犧牲作為良好的鋰離子導(dǎo)體，使鋰離子通量正?；⒔档弯囏?fù)極的強(qiáng)局部電場，從而消除了鋰金屬負(fù)極的異質(zhì)性。結(jié)果，復(fù)合電極在循環(huán)后以二次粒子的形式提供圓形、無裂紋、無枝晶的形貌，不僅大大降低了表面積，而且提高了電極的充放電可逆性。

圖2 采用設(shè)計(jì)鋰負(fù)極的Li-S電池在醚和碳酸酯電解液中的電化學(xué)性能

混合負(fù)極中嵌入的銅集流體不僅增強(qiáng)了機(jī)械強(qiáng)度，而且提高了活性鋰絲之間的有效電荷轉(zhuǎn)移，提供了良好的電極結(jié)構(gòu)完整性和電連續(xù)性。因此，在1 mA cm^?2的電流密度下，這種抗粉化和高連續(xù)性的鋰負(fù)極在300次循環(huán)中可提供≈99.6%的高平均庫侖效率。

配備該負(fù)極的鋰硫電池（元素硫或硫化聚丙烯腈正極）分別在其相應(yīng)的醚基或碳酸酯基電解液中顯示出高容量保持率。該工作首次展示了一種堅(jiān)固的SSE增強(qiáng)型鋰金屬負(fù)極，以減少鋰枝晶危害，同時(shí)改善電極連續(xù)性，這對于開發(fā)在運(yùn)行過程中可能會出現(xiàn)較大體積變化的高能和長周期儲能裝置具有巨大的前景。

圖3 所設(shè)計(jì)的鋰負(fù)極提高電池性能的機(jī)制

An Antipulverization and High-Continuity Lithium Metal Anode for High-Energy Lithium Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105029

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北理陳人杰AM：一種用于高能鋰電池的抗粉化和高連續(xù)性鋰金屬負(fù)極

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北理陳人杰AM：一種用于高能鋰電池的抗粉化和高連續(xù)性鋰金屬負(fù)極

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