崔屹&孙永明Nat. Commun.:机械卷绕制备的互穿型锂金属/锂锡合金箔材用作超高倍率电池负极材料

北2北

2020-02-11

高比能锂金属电池受限于缓慢的界面锂离子扩散而很难实现高倍率应用。有鉴于此，斯坦福大学的崔屹教授与华中科技大学的孙永明教授等通过将金属锂箔与锡箔进行简单压延与折叠并结合后续自发进行的合金化反应成功地制备了一种新型互穿锂金属/锂锡合金箔材。这种三维互穿锂电极在高倍率下优异的电化学性能说明其具有在高比能高功率储能器件中实际应用的潜力。

本文要点

1）这种新型互穿锂金属锂/锂锡合金箔材由三维交联的金属锂与Li₂₂Sn₅集成的网络构成。得益于高锂离子扩散系数、高亲锂性以及Li-Sn之间适中的电压差，三维纳米结构的Li₂₂Sn₅网络为Li/ Li₂₂Sn₅界面上的快速离子传输提供了丰富的通道和强劲的驱动力。锂离子能够在丰富的Li/ Li₂₂Sn₅界面之间和互穿网络内部进行快速扩散。

2）研究人员发现，Li₂₂Sn₅网络不仅有助于电子的快速传输，而且能够作为载体缓冲金属锂沉积-剥离过程中巨大的体积变化。

3）对称Li/ Li₂₂Sn₅// Li/ Li₂₂Sn₅电池在5mAh/cm²的沉积量和30mA/cm²的超高电流密度下能够实现长达200周的稳定循环。当与1mAh/cm²载量的NCM正极匹配为全电池后，全电池在6C的高倍率下能够实现低倍率下74%的放电容量。此外，LFP// Li/ Li₂₂Sn₅全电池在4mA/cm²的电流密度下循环500周后的容量保持率高达91%。

Mintao Wan et al, Mechanical rolling formation of interpenetrated lithium metal/lithium tin alloy foil for ultrahigh-rate battery anode, Nature Communications, 2020

DOI：10.1038/s41467-020-14550-3

https://www.nature.com/articles/s41467-020-14550-3