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孫永明/楊輝EEM: 鋰合金電極的應(yīng)力調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電池穩(wěn)定循環(huán)

金屬錫（Sn）箔由于其冶金加工性和高容量是鋰離子電池（LIB）的一種很有前途的候選負(fù)極。然而，由于其合金化/脫合金反應(yīng)不均勻，體積變化和應(yīng)力大，電極結(jié)構(gòu)易損傷，導(dǎo)致初始庫侖效率低、循環(huán)穩(wěn)定性差。

在此，華中科技大學(xué)孫永明教授、楊輝教授等人報(bào)道了通過可擴(kuò)展的兩步法制備的波狀LiSn電極，包括Sn箔的機(jī)械光刻和化學(xué)預(yù)鋰化。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)測量和化學(xué)機(jī)械模擬，由于從Sn到Li_x的預(yù)膨脹狀態(tài)，與平面Sn相比，所獲得的波狀LiSn/Sn 電極可以確保更好的機(jī)械穩(wěn)定性，Sn和光刻的起伏結(jié)構(gòu)使由于活化的表面材料引起的電化學(xué)合金化/脫合金反應(yīng)均勻化，并補(bǔ)償了由于從Li_xSn中引入過量Li 導(dǎo)致的循環(huán)過程中的Li損失，從而提高了電化學(xué)性能。

圖1. 波狀LiSn/Sn電極結(jié)構(gòu)和組成

由活性厚度約為5 um的波狀LiSn/Sn電極組成的對稱電池在1 mA cm^-2和 1 mAh cm^-2下均顯示出超過1000小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)，平均過電位低于15 mV。

當(dāng)與商用 NCM622正極配對使用時(shí)，質(zhì)量負(fù)載為15.8 mg cm^-2的全電池表現(xiàn)出2.4 mAh cm^-2的高容量和出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.5 C下100次循環(huán)后容量保持率為84.9%。這項(xiàng)工作提出了一種用于高性能鋰離子電池的具有應(yīng)力調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)的先進(jìn)LiSn電極，并為其他高容量鋰合金負(fù)極的合理電極設(shè)計(jì)和加工提供了啟示。

圖2. LiSn/Sn//NCM622全電池的電化學(xué)性能

Stress-Regulation Design of Lithium Alloy Electrode towards Stable Battery Cycling, Energy & Environmental Materials 2021. DOI: 10.1002/eem2.12267

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