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亲锂Ag-3D-Cu电极的设计及电化学性质
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作者 梁毅 韦韬 +1 位作者 殷广达 黄德权 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第2期515-524,共10页
锂金属负极具有高理论比容量和低电极电势,是高能量密度二次电池最理想的负极材料。然而锂金属负极循环过程中存在的锂枝晶生长及体积膨胀问题,限制了锂金属电池的商业化应用。本工作针对锂金属电池在循环中的锂枝晶生长及体积变化等问... 锂金属负极具有高理论比容量和低电极电势,是高能量密度二次电池最理想的负极材料。然而锂金属负极循环过程中存在的锂枝晶生长及体积膨胀问题,限制了锂金属电池的商业化应用。本工作针对锂金属电池在循环中的锂枝晶生长及体积变化等问题,通过在泡沫铜表面化学镀银的方式制备具有亲锂性的Ag-3D-Cu集流体。银粒子可以引导锂离子均匀沉积并有效抑制锂枝晶生长,而且泡沫铜的三维多孔结构可以有效缓解体积膨胀。经过化学镀银30 s获得的Ag-3D-Cu-30 s电极展现出远低于3D-Cu的成核过电位和极化电压,同时实现了均匀的锂沉积。同时,Li||Ag-3D-Cu-30 s电池也呈现出接近140圈的稳定循环,电池的平均库仑效率仍然高达98%,表现出优异的循环性能。Ag-3D-Cu-30 s/Li||LFP(磷酸铁锂)全电池在1.0 C倍率下历经360次循环后,其放电比容量没有呈现出明显的衰退,表现出优异的循环稳定性,表明通过化学镀的方法构建的亲锂性Ag-3D-Cu集流体可以引导锂离子均匀沉积,有效降低锂的成核过电位和极化电压,提高锂金属电池的库仑效率及循环寿命。 展开更多
关键词 锂金属负极 亲锂性 Ag-3d-Cu集流体 电化学性能
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基于Au修饰CuO/CF纳米阵列的锂金属电极
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作者 李舒睿 熊刚毅 +1 位作者 邢雅兰 张世超 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第8期2748-2756,共9页
随着临近空间飞行器的战略地位日渐增长,其对大功率、高比能、长循环储能电池体系的需求也不断提高,锂金属电池具有超高的理论容量,有望成为新一代临近空间飞行器储能电池的有力候选者。锂金属电极具有极低的氧化还原电位、较高的理论容... 随着临近空间飞行器的战略地位日渐增长,其对大功率、高比能、长循环储能电池体系的需求也不断提高,锂金属电池具有超高的理论容量,有望成为新一代临近空间飞行器储能电池的有力候选者。锂金属电极具有极低的氧化还原电位、较高的理论容量,但锂枝晶生长带来的各种问题一直制约着锂金属负极的应用。基于氧化刻蚀和离子交换原理,在泡沫铜(CF)上制备CuO纳米线阵列并引入Au作为亲锂位点,成功构建了Au-CuO/CF纳米阵列三维(3D)集流体并应用于锂金属电池负极,其库伦效率、循环寿命及循环稳定性均明显优于未经修饰的CuO/CF纳米阵列三维集流体,与磷酸铁锂正极(LFP)组成全电池后放电比容量高于CuO/CF纳米阵列三维集流体并在700圈循环后仍有高达97.7%的容量保持率。Au-CuO/CF纳米阵列三维集流体制备工艺简单,电化学性能优异,全电池更表现出稳定的循环性能和极高的容量保持能力,具有成为下一代高比能量锂金属电池负极集流体的应用潜力。 展开更多
关键词 CuO纳米线阵列 三维集流体 锂金属负极 高比能电池 临近空间飞行器
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构建亲锂铜基3D集流体实现金属锂的均匀沉积 被引量:3
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作者 李锐 王浩 +5 位作者 付强 田子玉 王建旭 马小健 杨剑 钱逸泰 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期882-888,I0001,I0002,共9页
锂金属负极以其最高的理论比容量(3860m Ah·g-1)和最低的电化学电位(-3.04V(vs SHE))被誉为电池界的"圣杯"。但是锂金属电池的缺点也尤为明显:充放电过程中锂金属电池容易在负极不均匀沉积从而产生锂枝晶,锂枝晶的产生... 锂金属负极以其最高的理论比容量(3860m Ah·g-1)和最低的电化学电位(-3.04V(vs SHE))被誉为电池界的"圣杯"。但是锂金属电池的缺点也尤为明显:充放电过程中锂金属电池容易在负极不均匀沉积从而产生锂枝晶,锂枝晶的产生会造成固体电解质介面(SEI)膜的持续破裂,不稳定的SEI膜又会加剧锂枝晶的形成,进而刺穿隔膜,导致电池的循环性能下降,产生安全隐患,所以采取相应的措施在负极均匀沉积金属锂尤为重要。本研究使用商业化的铜网,通过碱性溶剂的氧化和空气气氛煅烧,在铜网表面形成均一的亲锂氧化铜纳米片阵列。铜网的3D结构可以有效减小电流密度,亲锂的纳米片阵列可以降低锂的沉积过电势,均匀沉积锂,有效抑制锂枝晶的产生。在电流密度为3mA·cm–2的半电池测试中,稳定循环230圈后库伦效率稳定维持在99%以上;搭配磷酸铁锂(LFP)全电池测试,在1C(0.17mA×mg-1)条件下可稳定循环300圈,容量保持率为95%。本研究为锂金属负极3D集流体的设计提供了新思路。 展开更多
关键词 3d铜基集流体 氧化铜纳米片阵列 表面修饰 锂金属负极 锂金属电池
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一种新型锂金属电池阳极3D碳纤维集流体 被引量:1
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作者 肖菊兰 陈涛 +2 位作者 陈英 刘洪利 李可为 《电源技术》 CAS 北大核心 2020年第1期21-23,共3页
将聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮混合溶剂中,静电纺丝,并进行碳化得到碳纤维(CF),用作锂(Li)金属电池阳极三维(3D)集流体。与传统的Cu集流体比较,它能为锂提供储存空间,增加锂成核点,降低电流密度,并为锂提供传输通... 将聚偏氟乙烯(PVDF)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮混合溶剂中,静电纺丝,并进行碳化得到碳纤维(CF),用作锂(Li)金属电池阳极三维(3D)集流体。与传统的Cu集流体比较,它能为锂提供储存空间,增加锂成核点,降低电流密度,并为锂提供传输通道,减少循环过程中的体积变化,从而抑制锂枝晶的生长,提高锂金属电池的电化学性能。利用电子扫描电镜(SEM)对其进行锂沉积实验,发现CF上锂枝晶明显减少。对其进行电池性能测试,发现基于CF的集流体与传统铜集流体相比,其电池性能得到明显改善。 展开更多
关键词 PVDF 碳纤维 锂金属电池 3d集流体 锂枝晶
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三维多孔铜及表面修饰铋协同构筑无枝晶锂金属电极 被引量:3
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作者 王帅 孙雨涵 +7 位作者 高欣 宋瑞 赵铭钦 卢垚 鲍晓冰 罗巧梅 苟蕾 樊小勇 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期85-97,共13页
以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解... 以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解体积变化和释放应力,抑制锂枝晶生长.Bi的亲锂性促进了界面动力学,降低了形核过电位,增强了锂沉积/剥离的可逆性.在3D多孔结构和铋修饰层的协同作用下,锂金属沉积容量>4 mA·h/cm^(2)时,电极表面仍保持平整、光滑;由其组装的半电池经过200次循环后,库仑效率(CE)可保持在98.5%以上;由其组装的对称电池在电流密度为0.5 mA/cm^(2),面容量为1 mA·h/cm^(2)时,可稳定循环1500 h以上,循环100次后电极表面仍光滑、无枝晶;以磷酸铁锂为正极组装的LFP||3D Cu@Bi@Li全电池在1.0C倍率下经过200次循环后,显示出132 mA·h/g的高容量和约87.2%的容量保持率. 展开更多
关键词 锂电池 锂金属电极 三维多孔集流体 铋修饰层 无锂枝晶
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碳基三维集流体在锂金属电池中的应用研究 被引量:1
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作者 张洒洒 周旭峰 +1 位作者 刘兆平 刘引烽 《电源技术》 CAS 北大核心 2022年第1期2-5,共4页
锂金属负极具有较高的理论比容量(3860 mAh/g)和较低的还原电势(-3.04 V vs.标准氢电势),被誉为最具发展潜力的负极材料,但是锂金属负极中的枝晶、死锂等问题阻碍了锂金属电池的商业化发展。针对锂金属负极中出现的问题,研究人员提出了... 锂金属负极具有较高的理论比容量(3860 mAh/g)和较低的还原电势(-3.04 V vs.标准氢电势),被誉为最具发展潜力的负极材料,但是锂金属负极中的枝晶、死锂等问题阻碍了锂金属电池的商业化发展。针对锂金属负极中出现的问题,研究人员提出了大量的解决方案,其中,三维集流体不仅可以降低电流密度,缓解枝晶生长,还可以容纳锂沉积/溶解过程中发生的体积变化。而碳基三维集流体更是因其稳定的化学性质和较小的密度受到了极大的关注。从碳基三维集流体的制备、改性以及对锂沉积/溶解的影响进行介绍,并对其发展进行了展望。 展开更多
关键词 锂金属二次电池 锂金属负极 枝晶 碳基三维集流体
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