黄云辉ACS Energy Letters：LiI包覆Li-Sn复合负极用于固态锂金属电池

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-12-19 07:50

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固态电解质（SSE）电池与锂金属负极作为未来能源存储解决方案的有希望候选者，提供了更高的能量密度和改进的安全性。理论上，SSE具有足够的机械强度和剪切模量来抑制锂枝晶生长。然而，研究表明SSE仍然面临重大的界面挑战。

在此， 华中科技大学黄云辉、许恒辉、东风汽车集团有限公司技术中心ZhangWei等人 提出了一种LiI包覆的Li-Sn合金复合负极，旨在解决固态聚合物锂金属电池中枝晶生长和与锂金属负极的界面反应问题。

研究显示，作者通过熔融方法制备了化学稳定的锡基Li-锡（Li-Sn）合金负极，并将其铸造在铜箔上以实现50微米厚的负极。此外，作者还开发了一种通过表面处理方法形成的富含LiI的人工固体电解质界面（SEI），该界面增强了Li ⁺ 的传输通道，促进了均匀的离子传输，并减少了界面阻抗。

基于此，LiI/SnLi负极的对称电池在0.2 mA cm ⁻² 的电流密度下能够连续运行2500小时，而组装的LFP|LiI/SnLi电池在0.5 C的倍率下可以稳定循环超过1000个周期。当与NCM622正极配对时，电池在600个周期后仍能保持73.3%的比容量。

图1. LiI/SnLi合金负极的制备工艺

总之，该工作开发了一种具有人工LiI层的Li-Sn合金负极。研究显示，Li-Sn合金可提供多成核位点，有效减轻了枝晶生长，而原位生长的人工LiI SEI层可抑制界面副反应。

基于此，与固体PVDF电解质配合使用的LiI/SnLi负极在室温下可稳定循环2500小时。此外，NCM622|PVDF|LiI/SnLi电池展示了稳定的循环性能，600个周期后实现了73.3%的容量保持率。因此，该工作不仅突显了改性合金型负极的有效性，而且为固态聚合物电解质电池的商业化铺平了道路。

图2. 基于PVDF基SPE的电池电化学性能

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