研究人員制備有氮化鋰梯度的3D碳基鋰負極 可提高鋰電池的穩定性

2022-10-19 17:39:58

據外媒報道，武漢工程大學（Wuhan Institute of Technology）與重慶綠色智能技術研究院（Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology）的研究人員在《能源化學》（Energy Chemistry）雜志上發表了一篇論文，主要涉及在3D碳基鋰負極中原位生成Li3N濃度梯度，從而形成高度穩定的鋰金屬電池。

目前，由于便攜式電子產品、電動汽車和清潔能源存儲設備迅猛發展，開發高儲能、長壽命的可充電電池已成為當務之急。與標準氫電極相比，鋰具有高質量比容量（3860 mAhg-1）和低電化電勢（?3.04 V），對于下一代儲能系統來說是最有前景的負極材料之—。

然而，鋰的電化學不穩定性和無主體特性，在鋰電鍍/剝離過程中會引起枝晶不可控生長和體積過分膨脹。這會導致難以彌補的電解質消耗和內部短路，影響鋰金屬負極的實際應用。

在這項研究中，研究人員采用熱擴散法，在碳基框架上原位制備具有Li3N梯度的三維鋰負極（CC/Li/Li3N）。密度泛函理論計算表明，Li+在Li3N層上的擴散能壘，比在鋰表面上低近20倍。這說明在鋰電鍍/剝離過程中Li3N能有效促進Li+擴散，并能承受高電流密度。

通過原位光學顯微鏡進一步證實，Li3N可以使Li+有效地通過電極/電解質界面，并在高電流密度下穩步實現無枝晶生長。將這種負極與LiFePO4正極相結合，在電解液電池和固態電芯中，整個電芯表現出良好的循環穩定性和高容量保持率。這表明CC/Li/Li3N負極具有良好的商業普適性。

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來源：上海錦町新材料科技整理自網絡

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