林展/张丙凯AFM：可大规模制备的亲锂/亲钠缓冲层实现稳定的锂/钠金属电池

金属锂/钠(Li/Na)被认为是未来高能量密度电池有吸引力的负极。阻碍其应用的根本原因来自不均匀的锂/钠成核和随后的枝晶形成。

广东工业大学林展、张丙凯等提出了一种经济高效且可扩展的固-固转化法，在Li/Na表面上构建薄的亲锂/亲钠多孔缓冲层，以制备功能化的Li/Na负极。

图1 新型缓冲层的制备方法和缓冲层形态

在此，源自天然蚕丝纤维（SF）和碳纳米管（CNT）的氮（N）和硫（S）掺杂碳片（SFC/CNT）在聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂的辅助下浇铸到聚酯（PET）薄膜上。干燥后，PET薄膜上的缓冲层在适当的温度和压力下可粘附在Li/Na负极表面，厚度约为25 μm。这种独特的方法不仅避免了缓冲层制备过程中的溶剂腐蚀，而且还实现了可扩展的高质量缓冲层构造。

X射线光电子能谱(XPS)和密度泛函理论(DFT)计算表明，Li/Na-N和Li/Na-S簇的形成是Li/Na沉积的主要活性位点，从而导致Li/Na与缓冲层之间的自扩散机制，这有助于在重复的Li/Na沉积/剥离过程中均匀Li/Na成核和无枝晶的横向生长行为。

图2 基于锂负极的高性能纽扣电池和软包电池性能

研究显示，亲锂/亲钠缓冲层可实现长期循环稳定性（>250次循环），并具有高库仑效率（Li为99.2%，Na为98.8%）、低极化和平坦的电压曲线。更重要的是，LiFePO₄|Li软包电池的循环性能大大提高，寿命为390次。

此外，使用超薄锂负极（25 μm）还可以在低负/正比（1.67）下实现稳定的LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂|Li 电池，循环次数为200次。另外，Na₃V₂(PO₄)₃|Na电池显示出600次循环的高稳定循环性能，且衰减可忽略不计，进一步证明SFC/CNT缓冲层在实际电池中在技术上是可行的。

该研究提供了一种简便的策略，用于为低成本和可放大的储能装置制备致密且均匀的亲锂/亲钠缓冲层。

图3 钠负极的可循环性和形态表征

Scalable Lithiophilic/Sodiophilic Porous Buffer Layer Fabrication Enables Uniform Nucleation and Growth for Lithium/Sodium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200967

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/14/515d80b34c/

林展/张丙凯AFM：可大规模制备的亲锂/亲钠缓冲层实现稳定的锂/钠金属电池

相关推荐