国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

研究背景

全固態(tài)鋰金屬電池（ASSLBs）因其高能量密度和優(yōu)異的安全性成為下一代電池的重要發(fā)展方向。然而，鋰金屬作為理想負(fù)極材料，其實(shí)際應(yīng)用面臨重大挑戰(zhàn)，包括嚴(yán)重的鋰枝晶生長(zhǎng)及循環(huán)過(guò)程中界面接觸不良等問(wèn)題。這些問(wèn)題限制了電池的離子利用效率并縮短了電池壽命，同時(shí)也帶來(lái)了潛在的安全隱患。近年來(lái)，研究者們提出了多種策略以穩(wěn)定鋰金屬負(fù)極，其中包括引入人工固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）、優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)成分及設(shè)計(jì)多層電解質(zhì)等方法。然而，傳統(tǒng)方法難以同時(shí)解決枝晶抑制與界面兼容性問(wèn)題。

成果簡(jiǎn)介

基于此，馬里蘭大學(xué)王春生教授、浙江大學(xué)范修林研究員等人利用電鍍技術(shù)原位構(gòu)建高度均勻的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）和復(fù)合聚合物界面（CPI），實(shí)現(xiàn)了超薄鋰負(fù)極在固態(tài)鋰金屬電池中的應(yīng)用，該研究以“A Universal Design of Lithium Anode via Dynamic Stability Strategy for Practical All-solid-state Batteries”為題，發(fā)表在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上。

電池大佬！王春生/范修林，最新Angew！超薄鋰負(fù)極設(shè)計(jì)！

王春生教授， 1996年博士畢業(yè)于浙江大學(xué)，目前為美國(guó)馬里蘭大學(xué) R.F & F. R. Wright杰出講座教授，馬里蘭大學(xué)-美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)室極端電池聯(lián)合研究中心（CREB）的創(chuàng)始人，同時(shí)任馬里蘭大學(xué)一方的中心主任。AquaLith Advanced Materials公司的聯(lián)合創(chuàng)始人。在Science, Nature, Nature Energy, Nature Materials, Nature Nanotechnology, Nature Chemistry, Joule等頂級(jí)期刊發(fā)表SCI論文300余篇，文章他引50000余次，H-index為124。自2018年以來(lái)為科睿唯安（Clarivate）全球高被引學(xué)者。2015年和2021年兩次獲得馬里蘭大學(xué)年度最佳發(fā)明獎(jiǎng)。2021年獲得ECS Battery Division Research Award。

范修林研究員，目前為浙江大學(xué)百人計(jì)劃研究員，博士生導(dǎo)師。分別于2007年和2012年在浙江大學(xué)取得本科和博士學(xué)位（導(dǎo)師為陳立新教授），2013-2017年在馬里蘭大學(xué)從事博士后研究（合作導(dǎo)師為王春生教授），2017年被提升為助理研究科學(xué)家。2019年8月回國(guó)全職加入浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院。過(guò)去10年來(lái)一直從事鋰/鈉離子電池電解液、固態(tài)電解質(zhì)及相關(guān)界面方面的研究，在Nature Energy, Nature Nanotech., Chem, Joule, Nature Commun., Science Adv., Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem.等期刊發(fā)表論文。

研究亮點(diǎn)

1. 創(chuàng)新性界面設(shè)計(jì)：首次提出SEI與CPI雙層界面結(jié)合的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定策略，有效提高界面離子導(dǎo)電性并抑制枝晶生長(zhǎng)。

2. 超薄鋰負(fù)極制備：通過(guò)電鍍技術(shù)構(gòu)建厚度僅20 μm的鋰金屬負(fù)極，展現(xiàn)出優(yōu)異的界面穩(wěn)定性和高臨界電流密度（2.0 mA cm^-2）。

3. 優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性：與高鎳正極（NMC622）配對(duì)，電池在100次循環(huán)后仍保持81%以上的容量，實(shí)際應(yīng)用潛力巨大。

圖文導(dǎo)讀

圖1 通過(guò)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定策略設(shè)計(jì)eLi負(fù)極的示意圖

圖1展示了動(dòng)態(tài)穩(wěn)定策略在超薄鋰金屬負(fù)極中的設(shè)計(jì)及作用原理。研究采用了電鍍技術(shù)原位構(gòu)建由富含無(wú)機(jī)鹽的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）和復(fù)合聚合物界面（CPI）組成的雙層保護(hù)層。這種雙層界面設(shè)計(jì)不僅提供了高機(jī)械強(qiáng)度和高離子導(dǎo)電性，還有效抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)，同時(shí)增強(qiáng)了鋰負(fù)極與固態(tài)電解質(zhì)的界面接觸穩(wěn)定性。在電鍍過(guò)程中，通過(guò)鋰鹽的還原反應(yīng)形成富含LiF和Li?N的SEI層，而CPI層則由聚合物基質(zhì)與鋰鹽結(jié)合形成，能夠柔性地適應(yīng)鋰沉積和剝離過(guò)程中產(chǎn)生的體積變化。

圖 2 eLi負(fù)極的表征分析

圖2通過(guò)一系列表征方法深入揭示了SEI與CPI的結(jié)構(gòu)特性。傅里葉變換紅外光譜（FTIR）結(jié)果表明，SEI層的形成過(guò)程中，LiFSI和LiNO?的分解生成了富含LiF、Li?N等無(wú)機(jī)組分的界面。這些無(wú)機(jī)組分具有高機(jī)械強(qiáng)度和高離子導(dǎo)電性，能夠顯著抑制鋰枝晶的形成。另一方面，X射線衍射（XRD）分析表明，CPI層的存在顯著降低了聚合物的結(jié)晶性，進(jìn)一步提升了離子導(dǎo)電性能。

同時(shí)，通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜分析（EDS）觀察到，CPI層的表面平整均勻，厚度約為1 μm，其內(nèi)部富含Li鹽，有助于增強(qiáng)鋰離子在界面處的傳導(dǎo)。此外，3D原子力顯微鏡（AFM）顯示，CPI表面的平均粗糙度僅為20 nm，顯著改善了鋰負(fù)極與固態(tài)電解質(zhì)界面的接觸狀況，從而實(shí)現(xiàn)了低阻抗和高穩(wěn)定性的電化學(xué)性能。

圖3 eLi負(fù)極在室溫下搭配LPSC-0.5% PTFE電解質(zhì)的電化學(xué)性能

圖3展示了動(dòng)態(tài)穩(wěn)定策略對(duì)鋰金屬負(fù)極電化學(xué)性能的顯著改善。在循環(huán)伏安測(cè)試（CV）中，eLi負(fù)極的電化學(xué)行為表現(xiàn)出高度穩(wěn)定性，未出現(xiàn)明顯的鈍化現(xiàn)象，表明SEI與CPI的協(xié)同作用顯著提升了界面反應(yīng)的均勻性。對(duì)稱電池測(cè)試中，eLi負(fù)極在高達(dá)2.0 mA cm?2的臨界電流密度（CCD）下實(shí)現(xiàn)了超過(guò)250小時(shí)的穩(wěn)定循環(huán)，無(wú)任何短路跡象。

此外，通過(guò)電化學(xué)阻抗譜（EIS）觀察到，eLi負(fù)極與多種固態(tài)電解質(zhì)（如Li?PS?Cl、LLZTO和CPE）界面的電阻顯著降低，表明SEI與CPI的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效改善鋰沉積/剝離的均勻性。相比之下，未經(jīng)過(guò)表面改性的鋰金屬在低電流條件下即出現(xiàn)枝晶生長(zhǎng)和短路現(xiàn)象。

圖4 ?eLi負(fù)極材料分布與電子導(dǎo)電性

圖4通過(guò)時(shí)間飛行二次離子質(zhì)譜（ToF-SIMS）和導(dǎo)電原子力顯微鏡（C-AFM）對(duì)eLi負(fù)極的材料分布與電子導(dǎo)電性進(jìn)行了深入分析。ToF-SIMS結(jié)果顯示，eLi表面的CPI層富含F(xiàn)、N、S等元素，形成了一種鹽富集的無(wú)定形結(jié)構(gòu)，厚度約為1 μm，這種結(jié)構(gòu)能夠有效阻擋鋰枝晶的滲透。

此外，C-AFM結(jié)果表明，eLi負(fù)極表面的電子導(dǎo)電性顯著降低，其電流信號(hào)穩(wěn)定在0.2-0.5 nA范圍內(nèi)，而未覆蓋CPI的鋰金屬表面則表現(xiàn)出較高的電子導(dǎo)電性（-78.7 nA）。這表明CPI層在阻止電子傳導(dǎo)的同時(shí)，保持了高效的鋰離子傳導(dǎo)性能。此外，通過(guò)深度剖析發(fā)現(xiàn)，CPI層在鋰金屬負(fù)極的長(zhǎng)期循環(huán)中發(fā)揮了自愈合和枝晶抑制的重要作用，為薄膜固態(tài)電解質(zhì)在高能量密度電池中的應(yīng)用提供了可靠保障。

圖5 ?SEI和CPI的化學(xué)組成與電化學(xué)行為

圖5結(jié)合高分辨X射線光電子能譜（XPS）和理論計(jì)算，全面揭示了SEI和CPI層的化學(xué)組成與功能特性。XPS結(jié)果顯示，CPI層中包含豐富的有機(jī)成分和未反應(yīng)的鋰鹽，如LiNO?和LiFSI，能夠有效提升鋰離子的界面遷移率。而SEI層富含LiF、Li?N等無(wú)機(jī)組分，具備優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和抵抗枝晶生長(zhǎng)的能力。

理論計(jì)算表明，LiFSI和LiNO?在鋰表面的優(yōu)先還原過(guò)程生成了穩(wěn)定的無(wú)機(jī)富集界面。此外，線性掃描伏安法（LSV）驗(yàn)證了這些添加劑的電化學(xué)活性，有助于形成高機(jī)械強(qiáng)度和高離子導(dǎo)電性的SEI層。這些結(jié)果共同說(shuō)明，SEI和CPI雙層設(shè)計(jì)不僅在初始循環(huán)中提供了穩(wěn)定的界面，還在長(zhǎng)期循環(huán)中有效維持了鋰金屬的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

圖6 全電池性能

圖6采用高鎳NMC622正極搭配eLi負(fù)極及Li?PS?Cl固態(tài)電解質(zhì)膜對(duì)全電池性能進(jìn)行測(cè)試。所組裝電池在0.15 C的倍率下實(shí)現(xiàn)了超過(guò)100次循環(huán)，容量保持率高達(dá)81%。此外，在不同倍率條件下，所組裝的ASSLB展現(xiàn)了優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定的充放電行為，容量分別保持為165、147、118和76 mAh g?1（對(duì)應(yīng)倍率0.1 C至1.0 C）。相比于傳統(tǒng)的鋰金屬負(fù)極，eLi負(fù)極在提升能量密度的同時(shí)，大幅降低了界面阻抗和副反應(yīng)，為全固態(tài)鋰金屬電池的商業(yè)化應(yīng)用提供了重要技術(shù)支撐。

總結(jié)展望

本研究提出了一種基于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定策略的鋰金屬負(fù)極設(shè)計(jì)，利用電鍍技術(shù)原位構(gòu)建高均勻性的SEI與CPI層，實(shí)現(xiàn)了鋰枝晶的有效抑制和界面穩(wěn)定性的顯著提升。這一方法在確保電化學(xué)性能的同時(shí)，兼具成本效益和規(guī)?；苽涞目尚行?。研究結(jié)果表明，與多種典型固態(tài)電解質(zhì)（如硫化物、氧化物及聚合物電解質(zhì)）的兼容性良好，并能在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。未來(lái)，進(jìn)一步優(yōu)化SEI與CPI的厚度及成分分布將有助于進(jìn)一步提升負(fù)極性能，同時(shí)探索更廣泛的正極材料匹配方案以拓展其實(shí)際應(yīng)用潛力。該方法為高能量密度ASSLBs的商業(yè)化應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)和技術(shù)支持。

文獻(xiàn)信息

A Universal Design of Lithium Anode via Dynamic Stability Strategy for Practical All-solid-state Batteries. Angewandte Chemie International Edition,

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/12/26/e926726c74/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

電池大佬！王春生/范修林，最新Angew！超薄鋰負(fù)極設(shè)計(jì)！

相關(guān)推薦

電池大佬！王春生/范修林，最新Angew！超薄鋰負(fù)極設(shè)計(jì)！