金屬陽極具有很高的理論容量,被認為是用于高能量密度可充電電池的有前途的電極。然而,鋰和鋰樹枝狀晶體的不均勻沉積阻礙了鋰金屬陽極的實際使用。為了解決該問題,使用涂覆有無定形碳的碳納米管氣凝膠(AC @ CNT氣凝膠)作為基質(zhì),并將熔融鋰注入碳氣凝膠中以獲得復(fù)合鋰金屬陽極。自立的多孔AC @ CNT氣凝膠為鋰的沉積/剝離提供了堅實的結(jié)構(gòu),并有效降低了局部電流密度,從而抑制了鋰枝晶并獲得了更好的電化學(xué)性能。與裸露的鋰金屬陽極相比,對稱電池上沉積/剝離容量為1mAh cm-2時,陽極的循環(huán)壽命更長,為500h;在鋰鈷氧化物/鋰(LCO/Li)電池中,在0.1C時,陽極的循環(huán)性能更好,為152mAh g-1,和120.3mahg-1在1℃下在磷酸鐵鋰/鋰(LFP/Li)電池中證明了AC @ CNT / Li電極在開發(fā)高性能鋰金屬電池中的潛力。

圖1。(a)CNT和(b)碳涂層的CNT的TEM圖像。(c)CNT和(d)AC @ CNT氣凝膠的SEM圖像。(e)CNT和AC @ CNT氣凝膠的拉曼光譜和(f)氮吸附-解吸等溫線。
圖1。(a)CNT和(b)碳涂層的CNT的TEM圖像。(c)CNT和(d)AC @ CNT氣凝膠的SEM圖像。(e)CNT和AC @ CNT氣凝膠的拉曼光譜和(f)氮吸附-解吸等溫線。
圖2。(a)照片和(b)AC @ CNT / Li電極的制造示意圖。(c)AC @ CNT / Li電極的XPS光譜。
圖2。(a)照片和(b)AC @ CNT / Li電極的制造示意圖。(c)AC @ CNT / Li電極的XPS光譜。
圖3。(a)使用裸露的鋰金屬電極和AC @ CNT / Li電極在對稱電流的固定電流密度為1 mA cm -2且沉積/剝離能力為1 mAh cm -2以及相應(yīng)電壓下的靜態(tài)靜液循環(huán)性能(b)0-2 h和(c)78-80 h的循環(huán)曲線。對稱電池的奈奎斯特圖(d)循環(huán)前和循環(huán)后20 h(e)的沉積/剝離能力為1 mAh cm -2。
圖3。(a)使用裸露的鋰金屬電極和AC @ CNT / Li電極在對稱電流的固定電流密度為1 mA cm -2且沉積/剝離能力為1 mAh cm -2以及相應(yīng)電壓下的靜態(tài)靜液循環(huán)性能(b)0-2 h和(c)78-80 h的循環(huán)曲線。對稱電池的奈奎斯特圖(d)循環(huán)前和循環(huán)后20 h(e)的沉積/剝離能力為1 mAh cm -2。
圖4。(a)具有裸鋰金屬和AC @ CNT / Li陽極的LCO電池的循環(huán)和(b)速率性能,以及(c)LFP電池的循環(huán)和(d)速率性能。
圖4。(a)具有裸鋰金屬和AC @ CNT / Li陽極的LCO電池的循環(huán)和(b)速率性能,以及(c)LFP電池的循環(huán)和(d)速率性能。

總結(jié):

在這項工作中,通過將熔融鋰通過熱注入滲透到AC @ CNT氣凝膠中而制成的復(fù)合鋰陽極。結(jié)果表明,AC @ CNT / Li電極表面具有穩(wěn)定的SEI層和更好的沉積/剝離性能,這為制造用于高能量和高功率鋰電池系統(tǒng)的可靠鋰金屬陽極提供了有希望的選擇。

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