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        激光誘導氧化硅層助力無負極鋰金屬電池

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        信息摘要:隨著新能源電動汽車,智能手機和其他終端消費電子器件的大規模發展及應用,研發新一代高能量密度,高安全性,長壽命且成本低廉的電池迫在眉睫。

        研究背景

        隨著新能源電動汽車,智能手機和其他終端消費電子器件的大規模發展及應用,研發新一代高能量密度,高安全性,長壽命且成本低廉的電池迫在眉睫。當前以石墨為負極的鋰離子電池已經十分接近其理論容量,難有較大提升。若用鋰金屬替換石墨作為負極材料,其負極比容量將有十余倍的提升,然而鋰金屬負極在鋰的沉積/脫出過程中會形成不規則的鋰枝晶,鋰枝晶會刺破隔膜引起電池短路,存在嚴重的安全隱患。同時隨著鋰金屬的不斷沉積,負極材料表面的固體電解質界面膜(SEI)也會重復破裂再形成,不斷消耗活性鋰,使得電池庫倫效率較低。

        無負極鋰金屬電池的出現不僅解決了石墨負極比容量低的先天劣勢,同時也能在一定程度上緩解鋰金屬電池庫倫效率低等問題。無負極鋰金屬電池的負極實際上只是一個集流體,無需石墨或者鋰金屬等負極材料的引入,全電池的鋰全部源自富鋰態的正極鋰金屬氧化物。這種設計不僅能極大地提高電池理論比容量,在實際應用組裝過程中可避免Li片的使用從來帶來了極大的便利。當前的研究重點主要集中于鋰金屬在充放電過程中的成核機制,抑制鋰枝晶的過度生長和穩定SEI的形成等幾方面。

        成果簡介

        近日,萊斯大學的James M. Tour教授研究團隊在Advanced Materials上發表了題為“Laser-Induced Silicon Oxide for Anode-Free Lithium metal Batteries”的文章,第一作者為萊斯大學的Weiyin Chen.該工作通過在黏附商用聚酰亞胺(PI)膠帶的銅集流體上,利用激光照射將PI膠帶轉變為多孔的SiOx薄膜,進而制備了無負極的鋰金屬電池。通過該方法制備的SiOx薄膜不僅能抑制鋰枝晶的產生,同時也減少了無活性鋰的形成,其全電池平均庫倫效率高達99.3%。

        研究亮點

        1. 通過激光誘導的方法在商用銅箔上包覆了多孔SiOx薄膜,制備過程耗時短,避免了毒性有機試劑的使用且無需耗費大量時間進行干燥。

        2. 制備的SiOx薄膜包覆Cu箔組裝成無負極鋰金屬全電池后表現出優異的庫倫效率,重量比能量約為209 Wh kg-1,在容量衰減至70%前可循環超過60圈。


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