近日，武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)教授和安琴友研究員等利用由毫米級、單晶和鋸齒狀LiF納米纖維編織而成的獨(dú)特LiF中間層實(shí)現(xiàn)了無枝晶和高效的鋰金屬沉積。因此，在4 mAh cm?2下，在Li//Li對稱電池中穩(wěn)定充放電1600 h；在17.9 mA cm?2下，高負(fù)載Li//rGO-S電池中，在5.65 mA m?2的高面積容量下進(jìn)行了400個(gè)穩(wěn)定循環(huán)。
圖3. 半電池和對稱電池測試為了評估LiF-NFs-IL的性能，作者進(jìn)行了一系列電化學(xué)測試。3種電池的CE和循環(huán)穩(wěn)定性如圖3b所示。在1 mA cm?2和1 mAh cm?2下，LiF-NFs-IL的Li//Cu電池初始CE為95.8%，在穩(wěn)定的120個(gè)周期后仍在97.5%左右。相比之下，使用PP和GF隔膜的Li//Cu電池僅在90%以下提供低初始CE，循環(huán)穩(wěn)定性較差。同時(shí)，基于Li//Li對稱電池，作者評價(jià)了LiF-NFs-IL對Li負(fù)極的保護(hù)作用。Li//Li對稱電池在1 mA cm?2和4 mAh cm?2下的循環(huán)穩(wěn)定性如圖3d所示。循環(huán)900和400 h后，Li//PP//Li和Li//GF//Li電池分別顯示460和353 mV。這表明，由于枝晶和“死鋰”的持續(xù)形成，鋰負(fù)極的結(jié)構(gòu)失效和電解質(zhì)已經(jīng)耗盡。然而，含有LiF-NFs-IL的Li//Li電池在1600 h后可以穩(wěn)定地循環(huán)，過電位從20~30 mV緩慢增加。此外，在800和1600 h時(shí)穩(wěn)定和平坦的電壓分布(圖3d插圖)進(jìn)一步證明了Li+快速傳輸和Li金屬均勻沉積/溶解。圖4. 全電池性能測試為了證明LiF-NFs-IL在實(shí)際LMBs中的應(yīng)用潛力，作者研究了高負(fù)載的Li//rGO-S電池的電化學(xué)性能。在0.1C時(shí)，與僅使用PP隔膜的Li//rGO-S電池(773.6 mAh g?1, 0.38 V)相比(圖4a)，LiF-NFs-IL具有更高的放電比容量，為828.5 mAh g?1(8.86 mAh cm?2)和較低的極化電壓為0.26 V。即使在1 C條件下，Li//LiF-NFs-IL//PP//rGO-S電池仍能顯示出528 mAh g?1的高比容量。經(jīng)過400個(gè)循環(huán)后，Li//LiF-NFs-IL//PP//rGO-S電池仍然保持著444.6 mAh g?1的比容量，是循環(huán)過程中最高比容量的72%，庫侖效率可以保持在100%(圖4c)。該工作表明獨(dú)立的LiF-NFs中間層在商用鋰電池中具有優(yōu)越的優(yōu)勢，在擴(kuò)大在固體鋰電池中的應(yīng)用方面具有巨大的潛力。
文獻(xiàn)鏈接
Serrated lithium fluoride nanofibers-woven interlayer enables uniform lithium deposition for lithium metal batteries. National Science Review, nwac183, https://doi.org/10.1093/nsr/nwac183
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