北理陈人杰AM：一种用于高能锂电池的抗粉化和高连续性锂金属负极

锂金属是下一代高能电池最有前途的负极候选之一。然而，锂粉化和相关的电接触损失仍然是重大挑战。

北京理工大学陈人杰等人报道了一种抗粉化和高连续性锂金属负极，该负极包含少量固态电解质(SSE)纳米颗粒作为保形/牺牲填料和铜(Cu)箔作为支撑集流体，以促进锂成核并同时防止电极粉化。

图1 防粉化和高连续性锂金属负极的设计理念

这种混合负极是通过将SSE与熔融锂集成，然后涂覆在处理过的Cu集流体上以使用简便的辊对辊策略形成坚固的锂电极来实现的。

SSE纳米颗粒及其在锂负极中的牺牲作为良好的锂离子导体，使锂离子通量正常化并降低锂负极的强局部电场，从而消除了锂金属负极的异质性。结果，复合电极在循环后以二次粒子的形式提供圆形、无裂纹、无枝晶的形貌，不仅大大降低了表面积，而且提高了电极的充放电可逆性。

图2 采用设计锂负极的Li-S电池在醚和碳酸酯电解液中的电化学性能

混合负极中嵌入的铜集流体不仅增强了机械强度，而且提高了活性锂丝之间的有效电荷转移，提供了良好的电极结构完整性和电连续性。因此，在1 mA cm⁻²的电流密度下，这种抗粉化和高连续性的锂负极在300次循环中可提供≈99.6%的高平均库仑效率。

配备该负极的锂硫电池（元素硫或硫化聚丙烯腈正极）分别在其相应的醚基或碳酸酯基电解液中显示出高容量保持率。该工作首次展示了一种坚固的SSE增强型锂金属负极，以减少锂枝晶危害，同时改善电极连续性，这对于开发在运行过程中可能会出现较大体积变化的高能和长周期储能装置具有巨大的前景。

图3 所设计的锂负极提高电池性能的机制

An Antipulverization and High-Continuity Lithium Metal Anode for High-Energy Lithium Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105029

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