Advanced Science:原位生成的三维亲锂LiB骨架抑制锂枝晶生长

锂金属具有极高的理论比容量(3860 mA h g-1),较低的电极电势(-3.04 V vs标准氢电极)和低的密度(0.59 g cm-3),是下一代高能量密度锂金属电池负极材料的有力候选者。但是,锂金属负极在循环过程存在枝晶生长严重和体积变化剧烈等瓶颈问题,极大限制了锂金属电池的发展。

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针对上述问题,中南大学陈立宝教授、苏州大学晏成林教授和武汉理工大学麦立强教授合作研究了一种具有原位三维亲锂骨架的Mg掺杂Li-LiB合金负极材料,其作为锂金属电池负极材料表现出优异的电化学性能。该材料在真空熔炼制备过程中原位生成了交织分布的纤维状LiB化合物骨架,LiB纤维具有优异的导电性、较高的强度和良好的亲锂性,通过添加镁元素进一步提升了材料的亲锂性。Mg掺杂Li-LiB合金作为锂金属电池负极材料表现出如下优势:1) LiB纤维良好的导电性有效降低了电极的局部电流密度,起到了抑制锂枝晶生长的作用;2)交织分布的LiB纤维骨架起到了支撑作用,减小了负极的体积变化;3) 镁的加入进一步提高了材料的亲锂性,在锂沉积过程中起到良好的诱导作用;4) LiB纤维的结构可控,含量可调;5)Li-LiB合金的富锂特性无需后续灌锂。因此,基于Li-LiB合金的电池表现出优异的电化学性能。对称电池在0.5 mA∙cm-2/0.5 mAh∙cm-2条件下循环500h性能稳定;LiCoO2|Li-LiB全电池在0.5C倍率下循环250圈的容量保有率为77.3%。

研究成果以“Mg doped Li-LiB alloy with in-situ formed Lithiophilic LiB Skeleton for Lithium Metal Batteries”为题发表在《Advanced Science》(DOI: 10.1002/advs.201902643)上。