1 广东工业大学材料与能源学院，广州 510080
2 中国科学技术大学材料科学与工程系，合肥 230026
钠金属负极由于其理论比容量高(1 165 mA·h·g-1)、氧化还原电势低(-2.71 V vs.标准氢电极)和成本低，被认为是超越锂离子电池技术的理想候选材料。然而钠金属负极在实际应用中表现出钠枝晶生长和体积膨胀，导致其Coulomb效率低、循环寿命短等问题，这限制了其进一步发展。针对这些问题，研究者进行了大量工作，发现降低钠金属负极局部电流密度、增加钠成核位点、适当构建集流体孔隙缓解体积膨胀等手段，可以有效提高钠金属负极的循环稳定性。为此，本综述讨论了钠金属负极的主要问题；总结归纳了电沉积钠金属负极集流体的改性策略，包括三维集流体设计，掺杂、缺陷工程，晶种引入，缓冲层修饰；最后对高安全、高比能钠金属电池的未来发展提出展望。
钠金属电池 钠金属负极 集流体 sodium metal battery sodium metal anode current collector
1 东莞东阳光科研发有限公司, 东莞 523000
2 湘潭大学化学学院, 湘潭 411105
3 湖南科技大学材料科学与工程学院,湘潭 411201
锂金属凭借其质量比容量高、电极电位低, 有望成为新一代高能电池体系最有潜力的负极材料之一。然而, 在循环过程中不可控的锂枝晶生长、死锂的形成, 以及体积膨胀等问题, 不仅会降低电池循环过程中的稳定性, 甚至引发安全隐患, 严重限制了锂金属负极的实际应用。3D集流体在缓解/抑制锂金属负极在循环过程中的体积变化、延缓锂枝晶生长、降低局部电流密度,以及提高库仑效率等方面起着重要作用。然而, 在实际过程中, 单纯的3D集流体使用性能并不理想, 需要对其进一步改性。本文从表面改性(表面包覆、表面掺杂、表面化学处理)和梯度化设计出发, 综述了3D集流体在锂金属电池中的应用研究进展, 并详细分析了其对锂金属电池的性能影响, 最后进行了总结和展望。
锂金属电池 3D集流体 表面改性 梯度化设计 掺杂 lithium metal battery 3D collector surface modification gradient design doping
锂金属具有高理论比容量和低电化学电位, 是发展高能量密度电池最有吸引力的负极材料之一。然而, 锂金属负极在反复的沉积/剥离过程中, 不可避免地会出现不规则的锂枝晶生长, 这将严重影响锂金属电池的循环寿命和使用安全性。本研究发展了一种简单温和的策略, 在碳纳米管上原位修饰铋纳米颗粒, 并涂覆在商业铜箔表面用作锂金属负极的集流体。研究表明, 原位修饰的铋纳米颗粒可显著促进锂均匀沉积, 抑制锂枝晶生长, 从而提高锂金属电池的电化学性能。在电流密度为1 mA·cm-2的条件下, 基于Bi@CNT/Cu集流体的锂铜电池循环300圈后库仑效率可稳定在98%。基于Li@Bi@CNT/Cu负极的对称电池可稳定循环1000 h。基于Bi@CNT/Cu集流体的磷酸铁锂(LFP)全电池也获得了优异的电化学性能, 在1C(170 mA·g-1)倍率下可稳定循环700圈。本研究为抑制锂金属负极枝晶生长提供了新的思路。
锂金属电池 锂枝晶 铋纳米颗粒 集流体 Li metal battery Li dendrite bismuth nanoparticle current collector
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 
