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成果簡(jiǎn)介

人們一直想用金屬鋰作為負(fù)極來(lái)提升電池能量密度，但是金屬鋰會(huì)產(chǎn)生枝晶，于是人們就想用固態(tài)電解質(zhì)來(lái)抑制枝晶生長(zhǎng)，不讓它穿透，但是固態(tài)電解質(zhì)和鋰的潤(rùn)濕性又不好，接觸面積小，阻抗大，不利于電池長(zhǎng)循環(huán)，所以呢，要優(yōu)化負(fù)極與電解質(zhì)的界面。

研究背景

針對(duì)這一問(wèn)題，同濟(jì)大學(xué)黃云輝/羅巍&上硅所溫兆銀在ACS Nano上發(fā)表文章“Highly Adhesive Li-BN Nanosheet Composite Anode with Excellent Interfacial Compatibility for Solid-State Li Metal Batteries”，作者利用BN納米片（BNNS）加入到熔融的鋰中，5wt%的量就使得金屬鋰與石榴石電解質(zhì)接觸角從120度減小到45度，負(fù)極/石榴石界面的界面電阻也從560Ω cm2減小到了9Ω cm2，大大增加了浸潤(rùn)性和接觸面積，優(yōu)化了界面上鋰離子的傳輸，提供了1.5mA/cm2的高臨界電流密度和380h以上穩(wěn)定的鋰對(duì)稱(chēng)電池測(cè)試，而且與Li-BNNS復(fù)合負(fù)極和LiFePO4正極配對(duì)的全電池在室溫下表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能。

圖文介紹

圖1. BNNS、Li-BNNS復(fù)合材料的制備工藝圖，以及Li-BNNS/石榴石與純Li/石榴石界面的接觸比較。Li-BNNS復(fù)合材料與石榴石有密切的接觸，而純Li與石榴石的接觸較差。

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圖2. BNNS的SEM，TEM以及HRTEM圖像，顯示其二維片狀形貌。

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圖3. Li負(fù)極和Li-BNNS復(fù)合負(fù)極的表征，表明產(chǎn)生了Li3N相。

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圖4. 熔融Li與Li-BNNS復(fù)合材料接觸比較的示意圖和實(shí)際照片。表明Li-BNNS與鋰的親和性要優(yōu)于純鋰。

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圖5. 加入不同量的BNNS之后熔融鋰與固態(tài)電解質(zhì)的接觸角情況以及界面的SEM照片，表明加入BNNS之后界面優(yōu)化了很多。

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圖6. 純Li對(duì)稱(chēng)電池以及Li-BNNS對(duì)稱(chēng)電池性能對(duì)比，Li-BNNS的界面阻抗更小，循環(huán)更加穩(wěn)定長(zhǎng)久。

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圖7. Li-BNNS與LFP組成的全電池性能。利用Li-BNNS為負(fù)極的全電池倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性都更加優(yōu)秀。

總結(jié)與展望

本文引入了一種具有吸引力的二維材料來(lái)克服固態(tài)電池的界面挑戰(zhàn)，減小了界面阻抗，增強(qiáng)了循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，該方法可進(jìn)一步將其它2D材料應(yīng)用于鋰金屬負(fù)極的改性和界面優(yōu)化，為固態(tài)鋰金屬電池提供了更多的機(jī)會(huì)。

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b08803

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