基于新型三維合金負(fù)極的先進(jìn)鋰金屬電池

由于鋰金屬的高容量和低電極電位，它已被公認(rèn)為是最有前景的負(fù)極材料。然而，鋰的高反應(yīng)性、無限的體積變化以及在長期循環(huán)過程中不可控的枝晶生長嚴(yán)重限制了其實際應(yīng)用。

圖1. 材料制備及表征

廣東工業(yè)大學(xué)黃少銘、李藝娟等通過簡單的冶煉-軋制方法設(shè)計構(gòu)建了一種新型的三維鋁/鎂/鋰合金框架材料（記為AM-Li），以提高裸鋰金屬負(fù)極的電化學(xué)性能。所制備的AM-Li合金由Li相、Li9Al4相和Li-Mg固溶體組成。經(jīng)過合金化改性，鋰金屬負(fù)極的空氣敏感性得到了一定程度的改善，這將有助于提高材料的安全性能，降低電池組裝過程中的環(huán)境嚴(yán)酷度。

此外，Li9Al4提供的三維骨架結(jié)構(gòu)有利于降低局部電流密度，為容納鋰離子提供足夠的空間，緩解體積膨脹效應(yīng)，從而提高充放電循環(huán)中的電極穩(wěn)定性。同時，DFT計算證實，Li9Al4和Li-Mg固溶體對于鍍鋰具有更強(qiáng)的親鋰性，有利于誘導(dǎo)鋰離子的有序沉積，抑制鋰枝晶的生長。

圖2. 半電池性能

因此，對稱電池（AM-Li-4|AM-Li-4）表現(xiàn)出低極化電壓（< 20 mV）和完美的循環(huán)穩(wěn)定性，在1 mA cm-2和1 mAh cm-2下的循環(huán)時間超過1600小時。

此外，AM-Li-4|NCM811全電池（正極負(fù)載：≈20 mg cm-2）表現(xiàn)出卓越的倍率能力，最高可達(dá)5C，并在0.5C下循環(huán)100次后容量保持率高達(dá)90.8%。

因此，這項研究表明，三維合金主體的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極，這可以為開發(fā)高性能和高安全性的鋰金屬電池提供有益的思路。

圖3. 全電池性能

A Novel 3D Li/Li9Al4/Li-Mg Alloy Anode for Superior Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202213905

審核編輯 ：李倩