以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications
英文原题：Decline Mechanism of Graphite/Lithium Metal Hybrid Anode and Its Stabilization by Inorganic-Rich SEI
通讯作者：王振华，北京理工大学
作者：Zeyu Wu (武泽宇), Zhenhua Wang (王振华), Jing Zhang (张婧), Zhe Bai (白哲), Lina Zhao (赵丽娜), Ruilong Li (李瑞龙), Zhanfeng Yang (杨占峰), Yu Bai (白羽), Kening Sun (孙克宁)
背景介绍
通过在石墨表面沉积锂金属制成的石墨/锂金属混合阳极在实现高比能锂电池方面显示出巨大的潜力。混合阳极有效极利用基底材料的容量贡献和无锂策略来最大化比容量。锂嵌入石墨后形成的LiC6被认为是金属锂沉积的良好亲锂基底。石墨的高比表面积还可以有效分散电流密度，缓解枝晶生长和锂库存耗竭等问题。尽管基于转化反应的锂金属部分的反复剥离和沉积造成的“死锂”问题受到广泛关注，但是基于插层反应的石墨部分在混合阳极中的降解机理通常被忽视。石墨在混合阳极中占有相当大的体积和质量，其容量贡献不容小觑。虽然已有研究表明石墨在长期循环的混合阳极中结构和容量保持能力会受到影响，但还需要进一步的直接证据和综合分析。
文章亮点
近日，北京理工大学王振华教授，孙克宁教授在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了石墨/锂金属混合阳极的失效机理及其富无机SEI稳定性研究。
基于对石墨/锂金属混合阳极的原位XRD和原位Raman表征，在金属锂镀层存在的情况下，石墨的相变过程是滞后和混合的，锂离子不能在“死锂”和SEI层下完成可逆的嵌脱过程。石墨在混合阳极中的容量贡献不断减少，最终导致电池失效。
图1.石墨阳极和石墨/锂金属混合阳极的原位表征。(a)石墨和(d)石墨/锂金属混合阳极充放电曲线的比较以及相应的(b, e)原位XRD和(c, f)原位Raman表征。
LiNO3衍生的SEI富含LiN3和LiNxOy等高离子电导率的成分，它与锂金属和石墨兼容，有助于获得均匀的锂金属镀层。含有LiNO3的混合阳极表现出与石墨阳极相同的明显的阶段变化，说明对于SEI的调节能够有效提高石墨部分嵌脱锂的可逆性。
图2. LINO3存在下石墨/锂金属混合阳极的原位表征。(a)混合阳极充放电曲线及相应的(b)原位XRD和(c)原位Raman表征。(d)不含有和含有LiNO3的混合阳极第一次循环的石墨结构和锂金属沉积演化示意图。
总结/展望
这项研究揭示了石墨在锂金属沉积后插层式容量的降低是石墨/锂金属混合阳极失效的重要原因。富含无机成分的SEI能够有效缓解这种退化而获得具有高比容量、高库伦效率和长寿命的混合阳极。这项工作为高比能锂二次电池的发展提供了新的思路。
相关论文发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，北京理工大学博士研究生武泽宇为文章的第一作者， 王振华教授为通讯作者。
通讯作者信息
王振华 教授
北京理工大学长聘教授，博士生导师，化学电源与绿色催化北京市重点实验室副主任，电化学关键技术与化学电源教育部创新团队骨干成员，中国颗粒学会青年理事。主要从事固体氧化物燃料电池、高比能量锂离子电池、锂硫电池关键材料的开发及应用研究，发表SCI论文100余篇，作为第二完成人获国家技术发明二等奖（2018）及教育部科技进步一等奖（2017）。
转自：“ACS美国化学会”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
