锂金属电池的耐弯曲负极技术解析

本文摘要：【章节】锂金属电池，还包括锂硫电池和锂氧电池，都具有比锂离子电池更高的理论能量密度。然而，作为理想的负极材料，锂金属的必要用于却面对着许多挑战，尤其是锂枝晶的构成与生长。 另外，保形电子器件领域拒绝具备低能量密度的可倾斜的能量存储系统，我们期望锂金属电池符合这样的拒绝。但在倾斜用于条件下，由于倾斜引发的局部塑性变形和锂细丝的消灭，不会使得枝晶的生长更进一步激化。如何设计并制取出有一种可倾斜金属锂负极沦为了众多挑战。

【章节】锂金属电池，还包括锂硫电池和锂氧电池，都具有比锂离子电池更高的理论能量密度。然而，作为理想的负极材料，锂金属的必要用于却面对着许多挑战，尤其是锂枝晶的构成与生长。

另外，保形电子器件领域拒绝具备低能量密度的可倾斜的能量存储系统，我们期望锂金属电池符合这样的拒绝。但在倾斜用于条件下，由于倾斜引发的局部塑性变形和锂细丝的消灭，不会使得枝晶的生长更进一步激化。如何设计并制取出有一种可倾斜金属锂负极沦为了众多挑战。

【成果展出】近日，天津大学罗加贤教授课题组在Adv.Mater公开发表了为题“Bending-TolerantAnodesforLithium-MetalBatteries”的研究论文，明确提出通过将锂融合到可倾斜的支架材料（如还原成水解石墨烯薄膜）中制取出有了耐热倾斜的锂金属负极。在复合材料中，弯曲应力相当大程度上可通过支架材料集中掉。支架材料减少了均匀分布镀锂的有效地表面积，增加了锂电近于在循环过程中的体积变化，从而使得倾斜条件下的循环性能获得了明显提高。用于耐倾斜的r-GO/Li金属电极，构建了可倾斜的高循环稳定性锂硫电池和锂氧电池。

不仅如此，文中还展出了一个能平稳输入的可倾斜的构建太阳能电池—电池系统和低电压串联可倾斜电池组。可以预期，这种耐倾斜阳极更进一步和电解质以及负极相连接将能研发出有新的可倾斜能源系统。

【图文简介】图1倾斜激化锂金属负极的枝晶生长（a）示意图表明锂金属箔的倾斜不会造成折痕/裂纹的构成。这些折痕/裂纹周围的电场优于平缓的区域，造成电镀过程中倾斜的锂上产生相当严重的点状的枝晶生长。

（b）在锂金属电镀过程中树突的构成。倾斜牢固的锂层不会消灭锂细丝，造成锂的部分损失。同时，倾斜不会构成新的折痕/裂纹并加快新的枝晶生长。

（c）经过有所不同过程的锂金属表面SEM图像。有所不同的过程分别是初始阶段、循环后、循环再行倾斜后、倾斜后、倾斜再循环后以及倾斜条件下的循环后。

所测的是用于1MLiTFSI-TEGDME作为电解质的平面锂金属纽扣电池。图像指出了倾斜不会激化枝晶的生长。

图2用于r-GO做到承托材料的耐热倾斜锂金属负极（a）支架的有效地表面积减少使得镀上的锂更为均匀分布。（b）复合材料中的弯曲应力能通过可倾斜的支架材料很大地被集中掉。即使不会产生微小的折痕/裂纹，它们也容易蔓延，因为下面的支架材料维护着剩下的锂。（c,d）电极分别为显锂和r-GO/Li复合材料，电解质为1MLiTFSI-DME/DOL的平面锂金属纽扣电池在无倾斜和倾斜条件下的电镀/挤压电压图。

(e,f)电极分别为显锂和r-GO/Li复合材料，电解质为1MLiTFSI-TEGDME的平面锂金属纽扣电池在无倾斜和倾斜条件下的电镀/挤压电压图。（g）用于r-GO/Li复合材料不作电极，经过有所不同过程后锂表面的SEM图像。有所不同的过程分别是初始阶段、循环后、循环再行倾斜后、倾斜后、倾斜再循环后以及倾斜条件下的循环后。

所测的是用于1MLiTFSI-TEGDME电解质的平面锂金属纽扣电池。图像指出了r-GO/Li电极表面更为均匀分布，在有所不同测试条件下都没显著的凸起。

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