【摘 要】
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锂金属因其较高的理论容量(3860 mAh g-1或2061 mAh cm–2)以及较低的电极电势(-3.045 V)而被普遍认为是最理想的负极材料之一。然而锂金属由于其本身高的电化学反应活性以及无
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锂金属因其较高的理论容量(3860 mAh g-1或2061 mAh cm–2)以及较低的电极电势(-3.045 V)而被普遍认为是最理想的负极材料之一。然而锂金属由于其本身高的电化学反应活性以及无宿主特性,使得其在循环过程中容易生长锂枝晶和发生无限的体积变化,从而导致电池发生故障。目前对于负极改性的方法主要有:加入电解液添加剂、设计人造SEI、使用固体电解质以及引入3D集流体。其中3D集流体的引入可有效地抑制锂枝晶的生长和缓解体积变化。对此我们引入泡沫金属作为3D多孔集流体,通过对其进行改性,使其显著改善金属锂的沉积行为和电化学性能。通过在铜泡沫骨架上垂直生长的具有分级结构的Cu纤维而制备的3D集流体(HCF/CF),具有显著增加的比表面积和孔隙率,同时沿Cu纤维分布的大量突起充当电荷中心和形核位点,诱导Li离子均匀沉积在基体上。与原始的泡沫铜相比,HCF/CF的库伦效率在200次循环后依旧高达98%,组装的对称电池在1 mA cm2下显示出约820 h的稳定循环。将层状的MXene锚定在泡沫铜上成功的实现了稳定Li的电化学沉积/剥离行为。MXene与锂之间的强库伦相互作用引导了Li的均匀形核以及沿着基体表面水平沉积。同时大量的氟表面官能团在锂化阶段形成的氟化SEI有效地规范了Li的沉积行为。MXene@CF基对称电池在1 mA cm-2电流密度下能稳定循环超过1000 h,同时呈现了高达10 mAh cm-2循环容量的深度沉积/剥离能力。通过MOF衍生法制备了Co3O4纳米片来修饰泡沫镍骨架(Co3O4/NF),用作宿主材料通过熔融热注法制备锂复合负极。与原始的泡沫镍相比,Co3O4嵌入的多孔纳米片修饰的泡沫镍具有显著改善的亲锂性。熔融锂全部渗透到Co3O4/NF中仅需5 s,而且在熔融Li注入的过程中,很好地保持了Co3O4/NF的纳米片阵列结构。Co/NF-Li复合负极在超过500h的稳定循环中保持了较低的电压过电势(25 V)。与LiFePO4正极匹配,Co/NF-Li也表现出显著改善的稳定的循环性能和倍率性能。
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