細菌纖維素衍生的三維碳集流體用于無枝晶的鋰金屬負極

編號：CYYJ02417

篇名：細菌纖維素衍生的三維碳集流體用于無枝晶的鋰金屬負極

作者：張云博 林喬偉 韓俊偉 韓志遠 李曈 康飛宇 楊全紅 呂偉

關鍵詞： 鋰金屬負極 細菌纖維素 三維集流體 鋰枝晶 含氧官能團

機構： 清華大學清華-伯克利深圳學院 清華大學深圳國際研究生院 天津大學化工學院

摘要： 鋰金屬是下一代高能量密度電池的關鍵負極,然而其實用化面臨著一系列問題,主要包括循環(huán)過程中體積變化大、枝晶生長等。使用三維集流體是解決這些問題的有效方法,然而現(xiàn)有大多數(shù)三維集流體存在重量大、體積大、表面親鋰性差、成本高等問題。針對上述問題,本文以低成本的細菌纖維素為前驅體,通過直接碳化制備出具有連通網(wǎng)絡的輕質(zhì)三維碳集流體,其表面均勻分布的含氧官能團可以促進鋰離子的均勻成核和沉積,有效抑制了枝晶生長。值得注意的是,該集流體的面密度僅為0.32 mg·cm−2,在3 mAh·cm−2比容量的鋰金屬負極中質(zhì)量占比僅為28.8%。電化學測試結果表明,該集流體在3 mA·cm−2的高電流密度或4 mAh·cm−2的高循環(huán)容量的工作條件下,穩(wěn)定循環(huán)超過150次,并且在對稱電池或與LiNi0.8Co0.15Al0.05匹配的全電池中也表現(xiàn)出良好的電化學性能。