MoS_(2)纳米片功能化PAN锂金属电池隔膜的制备及锂枝晶抑制作用

引导锂离子流的均匀分布可以有效抑制锂枝晶的形成-生长,推动锂金属电池的产业化应用.本文采用化学插层法制备出单层或少层、结构完整的MoS_(2)纳米片,将二维MoS_(2)纳米片喷涂到静电纺聚丙烯腈(PAN)纤维膜上,制得MoS_(2)@PAN复合隔膜.MoS_(2)涂层的引入不仅提高了离子电导率(1.02 mS/cm)、Li+迁移数(0.59)和电解液亲和性,而且降低了复合隔膜的孔径,使其孔径分布均一.这些特性协同作用,调控了通过MoS_(2)@PAN复合隔膜的Li+流分布,促进了Li+在锂金属表面的均匀沉积,抑制了锂枝晶的形成-生长.因此,MoS_(2)@PAN复合隔膜组装的Li/Li电池在1 mA/cm^(2)电流密度下以14 mV的超低过电位可稳定循环长达500 h,循环后的锂金属表面没有明显的枝晶生长.此外,MoS_(2)@PAN复合隔膜组装的LiFePO_(4)/Li电池在2C倍率下循环550次后保持92%的初始容量,表现出更稳定的循环性能.通过隔膜调节Li+通量实现了锂的均匀沉积,为抑制锂枝晶的形成-生长提供了一种可行的策略.

一种能够抑制锂枝晶的锂金属电池电解液润湿性添加剂

将氟代有机溶剂2,2,3,3-四氟丙基甲基丙烯酸酯(TFPMA)作为双功能添加剂引入碳酸酯电解液体系,考察了TFPMA质量分数对增大润湿性的影响。采用交流阻抗、恒流充放电等测试了添加TFPMA后的锂金属电池性能。采用SEM和XPS表征了循环后的锂金属电极表面。结果表明,1.0%(质量分数,下同)TFPMA的添加使电解液与隔膜间的接触角从54°降至44°,内阻从6.15Ω降至1.94Ω,Li-LiFePO_(4)电池在5 C电流密度下的比容量从66 mA·h/g提升至80 mA·h/g,1 C电流密度下的恒电流循环在100圈时还保持99%以上的库仑效率。TFPMA还促进了Li+的均匀沉积和优良固体电解质界面膜的形成,抑制了锂枝晶,电解液添加了1.0%TFPMA后,Li-Cu电池可以循环100圈以上,而库仑效率没有发生较大下降。循环后电极的SEM图表明,添加了1.0%TFPMA电解液的锂金属负极表面沉积更加平整,有较少的锂枝晶生成。

锂金属电池中锂枝晶研究综述

锂金属负极枝晶是引起锂金属电池安全和效率问题的重要因素,其主要原因是锂离子在电极表面的电化学行为不受控。为抑制枝晶的生长,需要研究和理解其产生的电化学机理。因此,很多研究进行了深入的探索。综述了锂金属电池中锂枝晶成核和生长的不同模型,阐述了通过增加比表面积降低电流密度、附加亲锂性位点增强阳极亲锂性和改进SEI膜机械强度和柔韧性,防止SEI膜破裂产生锂枝晶生长热点等锂枝晶抑制方法,展望了未来锂枝晶抑制策略。

二维苯并咪唑醋酸锌MOF功能化聚丙烯腈复合隔膜用于实现无枝晶锂金属电池

锂沉积/剥离过程中的枝晶形成生长和库仑效率降低导致电池循环寿命缩短,限制了锂金属电池(LMBs)的商业应用。通过静电纺丝结合真空过滤技术成功制备了具有调节Li+通量和提高Li^(+)迁移数(tLi^(+))的二维苯并咪唑醋酸锌MOF功能化聚丙烯腈(Zn(Bim)OAc-PAN)复合隔膜,Zn(Bim)OAc纳米片的引入固定了阴离子,提高了离子电导率(2.13 mS/cm)和Li^(+)迁移数(0.67)。同时,Zn(Bim)OAc纳米片上的孔隙和纳米片之间堆叠形成的纳米流体通道协同构筑了微纳孔道结构,降低了复合隔膜的孔径,使通过隔膜的Li+流分布均一,促进Li^(+)在锂金属表面均匀沉积。因此,Zn(Bim)OAc-PAN隔膜组装的Li|LiFePO_(4)电池表现出了更高的初始容量(146.6 mA·h/g)和更好的循环稳定性(300次循环后容量保留率为96.3%)。此外,Zn(Bim)OAc-PAN复合隔膜组装的Li|Li电池实现了在1 mA/cm^(2)下长达1000 h的稳定循环,循环后的锂金属表面没有明显的锂枝晶生长。本文为通过隔膜调节Li+通量来提高锂金属电池性能提供了一种可行的策略。

固态电池复合电解质研究综述

目前单一的无机固态电解质、聚合物固态电解质分别存在着离子电导率低、产生枝晶、界面不稳定等各种问题,无法满足全固态锂金属电池的性能要求。有机聚合物电解质和无机电解质复合形成的复合固态电解质能够不同程度地增强电导率、抑制枝晶产生、提高机械强度、提高界面稳定性以及兼容性等,得到了广泛关注与研究。本文综述了复合固态电解质在提高锂离子电导率、抑制锂枝晶、提高电化学稳定性三个重要方面的改进方向、措施,并展望复合固态电池的发展方向,为复合固态电池的发展和应用提供借鉴。

人造固态电解质界面在锂金属负极保护中的应用研究

锂金属具有最低的氧化还原电位(-3.04V vs标准氢电极)和极高的比容量(3860mAh·g^-1),是理想的锂二次电池负极材料.然而电化学循环过程中,由于锂的不均匀成核生长,其表面产生锂枝晶,锂枝晶持续生长会刺穿隔膜,造成电池短路甚至引发火灾.因此需要对锂金属负极进行保护,抑制负面问题,发挥高性能.人造固态电解质界面技术是一种有效的锂金属负极保护策略,本质是预先在锂金属表面涂覆上保护层,保护层具有较高的离子传导性和电化学稳定性、较好的阻隔性和机械强度,可得到高效率、长寿命和无枝晶的锂金属负极.本文将近年来人造固态电解质界面在锂金属负极保护中的研究进展进行综述,对其制备方法、结构特点、锂金属负极循环性能、全电池电化学性能等方面作了详细介绍,分析当前存在问题并指出锂金属负极研究不仅需要加深机理研究还得与实际应用相结合.