研究前沿

锂离子电池负极:自支撑锂金属合金-石墨烯复合电极        


    斯坦福大学崔屹教授课题组近期于Nature Nanotechnology杂志上发表题为” Air-stable and freestanding lithium alloy/graphene foil as an alternative to lithium metal anodes”的研究论文。该论文报道了自支撑锂金属合金-石墨烯复合电极用作锂离子电池负极,该负极最大的优点在于其在空气中稳定,相比于传统锂金属电极大大降低了电池的组装加工难度,且该结构可有效避免锂枝晶和惰性SEI的生长。

    锂金属电极具有很高的理论比容量(3860 mAh/g)和最低的电压(-3.04 V vs. SHE),是一种理想的负极材料。然而锂金属电极面临诸多难题:锂枝晶的生长带来的低库伦效率和安全隐患、锂沉积过程中巨大的体积效应、锂金属在空气中不稳定,加工生产难度大等等。针对锂金属的这些特性,科研人员在锂金属电极的改性研究上投入了大量的工作,崔屹教授这一研究成果是锂金属电极应用方面一个重大突破。

    使用高温熔融混合方法制备锂与Si、Sn、Al的合金,在其中引入一定比例的SBS橡胶和大片薄层石墨烯,将混合物涂覆在PET薄膜上,冷却定型后揭除PET薄膜,即可得到自支撑的锂金属合金-石墨烯复合电极。由于石墨烯和SBS均具有较强的疏水性和气密性,可以有效阻绝空气中的氧气、二氧化碳和水等与锂金属直接接触发生反应,该复合电极在潮湿空气中仍能保持化学稳定性和电化学稳定性,并在电化学循环过程中有效避免锂枝晶和惰性SEI的生长。由于该负极材料含锂,正极可搭配使用比容量更高、不含锂的正极材料(V2O5、S等),经过组装测试,电池均具有良好的循环稳定性,与S正极组成的全电池能量密度可以达到490 Wh/kg,与V2O5正极组成的全电池能量密度可以达到510 Wh/kg,大大提升了电池的能量密度。


(李赫)


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