浙江工业大学材料科学与工程学院，杭州 310014
金属锂被认为是高能量密度电池材料的“圣杯”，具有超高的理论容量和最低的氧化还原电位。但由于锂枝晶不可控生长、固体电解质界面膜(SEI膜)不稳定以及“死锂”累积等系列问题，限制了其商业化应用。氟化材料能有效稳定金属锂/电解液界面，均匀锂离子通量和抑制锂枝晶生长，是金属锂二次电池领域的研究重点。本文综述了近年来氟化无机材料在金属锂沉积骨架、人工SEI保护层、电解液添加剂以及固态电解质等方面的研究进展，阐述了氟化无机材料稳定金属锂负极循环的内在机理，并展望了其未来的发展前景。
金属锂负极 锂枝晶 固体电解质界面膜 氟化 锂离子电池 lithium metal anode lithium dendrites solid-electrolyte interface fluorination lithium-ion battery
1 北京大学深圳研究生院新材料学院, 广东 深圳 518055
2 宁德时代21C创新实验室, 福建 宁德 352100
锂金属是下一代二次电池的理想负极材料。然而, 锂枝晶生长存在安全隐患, 并导致电池Coulombic效率低, 这严重制约了锂二次电池的商业应用。目前, 人们对锂的沉积生长机制在原子尺度上还了解甚少, 同时对锂枝晶的成因也众说纷纭。近年来, 机器学习在计算材料学中的应用使得许多以前无法实现的进步成为可能, 本文综述了机器学习原子势在锂金属负极研究中的应用。
锂金属负极 机器学习 分子动力学 计算模拟 lithium metal anode machine learning molecular dynamics simulation
张莹 1,2,3杨彩虹 1,2,3唐爱东 1,2,3,4杨华明 1,2,3,5
1 中国地质大学(武汉)纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心
2 中国地质大学(武汉)材料与化学学院
3 中国非金属矿行业矿物功能材料重点实验室, 中国地质大学(武汉), 武汉 430074
4 中南大学化学化工学院, 长沙 410083
5 中南大学资源加工与生物工程学院, 长沙 410083
锂金属电池因能量密度高被认为是极具发展潜力的储能电池之一。然而锂金属负极上锂枝晶的生长会导致容量衰减甚至安全问题。为此, 将凹凸棒石负载至纤维膜上应用于锂金属电池的负极保护, 组装成对称电池及磷酸铁锂全电池进行电化学测试。结果表明: 添加凹凸棒石的纤维膜可有效抑制锂枝晶的生长, 其对称电池在沉积容量为1 mA·h/cm2、电流密度为2 mA/cm2下循环500 h时极化电压仅为83.2 mV, 1 C倍率下加入凹凸棒石纤维膜的全电池循环1 000圈后放电比容量仍有84.92 mA·h/g。综上, 凹凸棒石对锂枝晶有抑制作用, 为锂金属电池负极保护提供了新思路。
凹凸棒石 多孔结构 锂金属负极 锂枝晶 attapulgite porous structure lithium metal anode lithium dendrites
1 山东大学 化学与化工学院, 胶体与界面化学教育部重点实验室, 济南 250100
2 北京大学 化学与分子工程学院, 北京100871
3 山东大学 物理学院, 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
4 中国科学技术大学 合肥微尺度物质科学国家实验室, 合肥 230026
锂金属负极以其最高的理论比容量(3860 mAh·g -1)和最低的电化学电位(-3.04 V (vs SHE))被誉为电池界的“圣杯”。但是锂金属电池的缺点也尤为明显: 充放电过程中锂金属电池容易在负极不均匀沉积从而产生锂枝晶, 锂枝晶的产生会造成固体电解质介面(SEI)膜的持续破裂, 不稳定的SEI膜又会加剧锂枝晶的形成, 进而刺穿隔膜, 导致电池的循环性能下降, 产生安全隐患, 所以采取相应的措施在负极均匀沉积金属锂尤为重要。本研究使用商业化的铜网, 通过碱性溶剂的氧化和空气气氛煅烧, 在铜网表面形成均一的亲锂氧化铜纳米片阵列。铜网的3D结构可以有效减小电流密度, 亲锂的纳米片阵列可以降低锂的沉积过电势, 均匀沉积锂, 有效抑制锂枝晶的产生。在电流密度为3 mA·cm -2的半电池测试中, 稳定循环230圈后库伦效率稳定维持在99%以上; 搭配磷酸铁锂(LFP)全电池测试, 在1C(0.17 mA·mg -1)条件下可稳定循环300圈, 容量保持率为95%。本研究为锂金属负极3D集流体的设计提供了新思路。
3D铜基集流体 氧化铜纳米片阵列 表面修饰 锂金属负极 锂金属电池 3D Cu current collector CuO nanosheet array surface engineering lithium metal anode lithium metal battery
