非晶态碳涂层自支撑碳纳米管气凝胶作为锂阳极的稳定载体

金属阳极具有很高的理论容量,被认为是用于高能量密度可充电电池的有前途的电极。然而,锂和锂树枝状晶体的不均匀沉积阻碍了锂金属阳极的实际使用。为了解决该问题,使用涂覆有无定形碳的碳纳米管气凝胶(AC @ CNT气凝胶)作为基质,并将熔融锂注入碳气凝胶中以获得复合锂金属阳极。自立的多孔AC @ CNT气凝胶为锂的沉积/剥离提供了坚实的结构,并有效降低了局部电流密度,从而抑制了锂枝晶并获得了更好的电化学性能。与裸露的锂金属阳极相比,对称电池上沉积/剥离容量为1mAh cm-2时,阳极的循环寿命更长,为500h;在锂钴氧化物/锂(LCO/Li)电池中,在0.1C时,阳极的循环性能更好,为152mAh g-1,和120.3mahg-1在1℃下在磷酸铁锂/锂(LFP/Li)电池中证明了AC @ CNT / Li电极在开发高性能锂金属电池中的潜力。

图1。(a)CNT和(b)碳涂层的CNT的TEM图像。(c)CNT和(d)AC @ CNT气凝胶的SEM图像。(e)CNT和AC @ CNT气凝胶的拉曼光谱和(f)氮吸附-解吸等温线。
图1。(a)CNT和(b)碳涂层的CNT的TEM图像。(c)CNT和(d)AC @ CNT气凝胶的SEM图像。(e)CNT和AC @ CNT气凝胶的拉曼光谱和(f)氮吸附-解吸等温线。
图2。(a)照片和(b)AC @ CNT / Li电极的制造示意图。(c)AC @ CNT / Li电极的XPS光谱。
图2。(a)照片和(b)AC @ CNT / Li电极的制造示意图。(c)AC @ CNT / Li电极的XPS光谱。
图3。(a)使用裸露的锂金属电极和AC @ CNT / Li电极在对称电流的固定电流密度为1 mA cm -2且沉积/剥离能力为1 mAh cm -2以及相应电压下的静态静液循环性能(b)0-2 h和(c)78-80 h的循环曲线。对称电池的奈奎斯特图(d)循环前和循环后20 h(e)的沉积/剥离能力为1 mAh cm -2。
图3。(a)使用裸露的锂金属电极和AC @ CNT / Li电极在对称电流的固定电流密度为1 mA cm -2且沉积/剥离能力为1 mAh cm -2以及相应电压下的静态静液循环性能(b)0-2 h和(c)78-80 h的循环曲线。对称电池的奈奎斯特图(d)循环前和循环后20 h(e)的沉积/剥离能力为1 mAh cm -2。
图4。(a)具有裸锂金属和AC @ CNT / Li阳极的LCO电池的循环和(b)速率性能,以及(c)LFP电池的循环和(d)速率性能。
图4。(a)具有裸锂金属和AC @ CNT / Li阳极的LCO电池的循环和(b)速率性能,以及(c)LFP电池的循环和(d)速率性能。

总结:

在这项工作中,通过将熔融锂通过热注入渗透到AC @ CNT气凝胶中而制成的复合锂阳极。结果表明,AC @ CNT / Li电极表面具有稳定的SEI层和更好的沉积/剥离性能,这为制造用于高能量和高功率锂电池系统的可靠锂金属阳极提供了有希望的选择。

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