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別互相排斥了,我成全你們在一起!OK?

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成果簡介
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人們一直想用金屬鋰作為負極來提升電池能量密度,但是金屬鋰會產生枝晶,于是人們就想用固態電解質來抑制枝晶生長,不讓它穿透,但是固態電解質和鋰的潤濕性又不好,接觸面積小,阻抗大,不利于電池長循環,所以呢,要優化負極與電解質的界面。

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研究背景
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針對這一問題,同濟大學黃云輝/羅巍&上硅所溫兆銀在ACS Nano上發表文章“Highly Adhesive Li-BN Nanosheet Composite Anode with Excellent Interfacial Compatibility for Solid-State Li Metal Batteries”,作者利用BN納米片(BNNS)加入到熔融的鋰中,5wt%的量就使得金屬鋰與石榴石電解質接觸角從120度減小到45度,負極/石榴石界面的界面電阻也從560Ω cm2減小到了9Ω cm2,大大增加了浸潤性和接觸面積,優化了界面上鋰離子的傳輸,提供了1.5mA/cm2的高臨界電流密度和380h以上穩定的鋰對稱電池測試,而且與Li-BNNS復合負極和LiFePO4正極配對的全電池在室溫下表現出穩定的循環性能。
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圖文介紹
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圖1. BNNS、Li-BNNS復合材料的制備工藝圖,以及Li-BNNS/石榴石與純Li/石榴石界面的接觸比較。Li-BNNS復合材料與石榴石有密切的接觸,而純Li與石榴石的接觸較差。

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圖2. BNNS的SEM,TEM以及HRTEM圖像,顯示其二維片狀形貌。

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圖3. Li負極和Li-BNNS復合負極的表征,表明產生了Li3N相。

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圖4. 熔融Li與Li-BNNS復合材料接觸比較的示意圖和實際照片。表明Li-BNNS與鋰的親和性要優于純鋰。

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圖5. 加入不同量的BNNS之后熔融鋰與固態電解質的接觸角情況以及界面的SEM照片,表明加入BNNS之后界面優化了很多。

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圖6. 純Li對稱電池以及Li-BNNS對稱電池性能對比,Li-BNNS的界面阻抗更小,循環更加穩定長久。

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圖7. Li-BNNS與LFP組成的全電池性能。利用Li-BNNS為負極的全電池倍率性能和循環穩定性都更加優秀。

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總結與展望
別互相排斥了,我成全你們在一起!OK?
本文引入了一種具有吸引力的二維材料來克服固態電池的界面挑戰,減小了界面阻抗,增強了循環穩定性和倍率性能,該方法可進一步將其它2D材料應用于鋰金屬負極的改性和界面優化,為固態鋰金屬電池提供了更多的機會。
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b08803

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