3D聚三聚氰胺泡沫海绵助力锂金属电池

锂离子电池被广泛应用于电动汽车、移动电子设备等领域。但是由于石墨负极以及基于过渡金属的正极自身理论容量的限制,现有的锂离子电池体系已经难以满足当今时代的需求。锂金属是最具前景的负极材料,但是目前锂金属负极存在较多问题,导致电池寿命较短,甚至会产生安全隐患,限制了其商业化应用。具体的,锂金属负极存在锂枝晶的生长、不稳定的固态电解质界面膜(SEI)、无限的体积膨胀等问题。解决上述问题是实现锂金属电池商业化的关键。电解液添加剂、固态电解质、人工SEI、三维复合电极等策略被用来解决上述问题,但是在大电流密度下,上述问题仍然较为严重。

近日,浙江大学陆盈盈课题组利用三维聚三聚氰胺泡沫海绵(PMF),可以在大电流密度条件下实现平稳的锂沉积,有效的解决锂金属负极遇到的挑战。在金属锂沉积的过程中,由于集流体表面的突起,会导致不均匀的电荷分布,导致锂离子更倾向于沉积于突起处,进而导致枝晶的生长。PMF表面具有丰富的含氮极性基团,与锂离子有较强的结合能,可以在锂离子沉积过程中均一化锂离子流,抑制尖端效应,进而抑制锂枝晶的生长。除此之外,在金属锂沉积的过程中,PMF的三维结构可以做为金属锂沉积的载体,抑制体积膨胀。电化学测试表明,PMF改性的金属锂负极可以在10mA cm-2大电流密度下稳定循环,为金属锂负极的发展提供了新的思路。

相关研究成果发表于Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201703360),第一作者为浙江大学直博生范磊。

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