孙永明/杨辉EEM: 锂合金电极的应力调节设计实现电池稳定循环

金属锡（Sn）箔由于其冶金加工性和高容量是锂离子电池（LIB）的一种很有前途的候选负极。然而，由于其合金化/脱合金反应不均匀，体积变化和应力大，电极结构易损伤，导致初始库仑效率低、循环稳定性差。

在此，华中科技大学孙永明教授、杨辉教授等人报道了通过可扩展的两步法制备的波状LiSn电极，包括Sn箔的机械光刻和化学预锂化。

结合实验测量和化学机械模拟，由于从Sn到Li_x的预膨胀状态，与平面Sn相比，所获得的波状LiSn/Sn 电极可以确保更好的机械稳定性，Sn和光刻的起伏结构使由于活化的表面材料引起的电化学合金化/脱合金反应均匀化，并补偿了由于从Li_xSn中引入过量Li 导致的循环过程中的Li损失，从而提高了电化学性能。

图1. 波状LiSn/Sn电极结构和组成

由活性厚度约为5 um的波状LiSn/Sn电极组成的对称电池在1 mA cm^-2和 1 mAh cm^-2下均显示出超过1000小时的稳定循环，平均过电位低于15 mV。

当与商用 NCM622正极配对使用时，质量负载为15.8 mg cm^-2的全电池表现出2.4 mAh cm^-2的高容量和出色的循环稳定性，在0.5 C下100次循环后容量保持率为84.9%。这项工作提出了一种用于高性能锂离子电池的具有应力调节设计的先进LiSn电极，并为其他高容量锂合金负极的合理电极设计和加工提供了启示。

图2. LiSn/Sn//NCM622全电池的电化学性能

Stress-Regulation Design of Lithium Alloy Electrode towards Stable Battery Cycling, Energy & Environmental Materials 2021. DOI: 10.1002/eem2.12267

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孙永明/杨辉EEM: 锂合金电极的应力调节设计实现电池稳定循环

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