作者简介侯仰龙于2000年在哈尔滨工业大学获得材料科学博士学位。在北京大学短暂的博士后培训后,他分别于2002年至2007年在东京大学和布朗大学担任JSPS外国研究员和研究员助理。2007年12月加入北京大学,现为教育部长江学者特聘教授。他的研究兴趣包括功能性纳米颗粒以及其在生物医学和能源方面的应用。成果速览近日,北京大学侯仰龙团队在Nano Energy期刊上发表题为“Stable Lithium Metal Anode Enabled by Lithium Metal Partial Alloying”的研究型论文。在这项工作中,作者制备了Li/LixC/LiySn(Li/C/Sn)复合负极。电化学测试和循环后的分析揭示了锂合金相促进均匀锂沉积和抑制锂枝晶生长的有效性。总之,找到有效抑制锂枝晶的方法是促进锂金属电池商业化的必由之路。研究亮点1. 成功制备了均匀分布的Li/LixC/LiySn合金负极。2. 均匀的锂合金促进了锂的均匀沉积,抑制了枝晶的生长。图文导读Li/LixC/LiySn(Li/C/Sn)复合负极制备示意图
由于电极表面存在钝化层,Li/Li和Li/Li/C/Sn的对称电池在最初的几十个循环中表现出较高的过电位。随着循环的进行,过电位趋向于变小和稳定。Li/Li/C/Sn电池可以稳定循环1800小时,在电流密度1 mA cm-2下的过电位约为15 mV。在5 mA cm-2的较高电流密度下,Li/Li/C/Sn对称电池仍表现出较好的循环性能,在290h内仍具有稳定的过电位。通过比较Li/Li/C和Li/Li/C/Sn对称电池的循环性能,可以看出Li/Li/C/Sn表现出更好的循环性能,表明LiySn可以诱导均匀的锂金属沉积和生长。
上图为Li/LiFePO4和Li/C/Sn/LiFePO4全电池在2.5-4.0 V充放电电压窗口下的倍率性能和循环性能。Li/C/Sn/LiFePO4全电池表现出比Li/LiFePO4更好的倍率性能和更低的极化。电池在1 C倍率下的循环发现,锂负极组装的全电池表现出快速的容量衰减,200次循环后容量保留率仅为62.1%。相比之下,Li/C/Sn/LFP全电池表现出更好的循环性能,仍保持121.2 mAh g-1,200次循环后容量保留率为84.7%。