Металлические литиевые аноды были обычным явлением. Мы также сделали много отчетов по металлическим литиевым анодам. Исследование металлических литиевых анодов в основном можно обобщить как предложение «Как избежать генерации литиевых дендритов». Преимущества литиевых металлических анодов Излишне говорить, что удельная мощность до 3860 мАч / г, а платформа напряжения - 3,05 В (по сравнению с стандартным водородным электродом), что можно считать идеальным выбором для материалов с отрицательным электродом. Но металлический литиевый отрицательный электрод также сталкивается с очень сложной проблемой. Линиевые дендриты, которые являются обычным явлением в электрометаллургии металлов. Рост дендритов может вызвать короткое замыкание внутри батареи, что приводит к серьезным авариям в области безопасности. Поэтому, как избежать роста Li dendrites во время зарядки становится проблемой. Основная проблема исследования металлических литиевых анодов.
В последнее время Маохуй Бай (первый автор) и Кэйу Се (автор) Северо-Западного политехнического университета произвели слой восстановленного графита на поверхности металла Li путем прямого восстановления оксида графена с использованием металла Li. Наличие графенового слоя может быть очень Хорошее ингибирование роста Li dendrites, стабилизируя чернила SEI для улучшения кулоновской эффективности, присутствие графенового слоя также может значительно улучшить скорость работы металла Li. Эксперименты показывают, что электрод может находиться в LiPF6 при плотности тока 5 мА / см2. Карбонатный электролит циркулирует 1000 раз без короткого замыкания.
На приведенном выше рисунке показан способ получения покрытого графеном металлического литиевого анода. Сначала оксид графена диспергируется в тетрагидрофуране (ТГФ), а затем литий-металл помещается в вышеуказанную дисперсию. Мы можем наблюдать цвет раствора постепенно. Переход от коричневого к черному означает, что оксид графена в растворе постепенно превращает графен, а восстановленный графен осаждается на поверхность металла Li с образованием защитного слоя. Контролируя реакцию металла Li в дисперсии оксида графена Время, может эффективно контролировать толщину графенового слоя на поверхности металлического литиевого отрицательного электрода, чтобы получить лучшие электрохимические характеристики.
Чтобы проверить способность анода металла Li, полученного вышеуказанным способом, ингибировать рост Li dendrites, Maohui Bai подготовил два металлических анода Li в клетку кнопки и протестировал их при различных плотностях тока (результаты показаны ниже). Можно видеть, что анод металла Li, который не подвергался обработке графеновым покрытием, имеет большой флуктуации напряжения во время цикла, и кажущееся внутреннее короткое замыкание происходит существенно меньше, чем 100 раз, а анод металла Li, подвергнутый обработке покрытия графеном, является Напряжение очень стабильно во время цикла, а срок службы превышает 1000 раз без очевидного явления короткого замыкания. Это отрицательный электрод на Li-образном электроде с самым большим сроком службы в LiPF6-карбонатном электролите.
Из следующих рисунков d и e можно сравнить платформу напряжения металлического Li-анода при разных плотностях тока, когда плотность тока составляет 1 мА / см. 2Увеличение до 5 мА / см 2Металлическая платформа с анодным напряжением без графенового покрытия значительно увеличилась с 54,3 до 449,2 мВ, а металлический анод Li, защищенный графеновым покрытием, только увеличился с 19,2 до 79,3 мВ, что указывает на то, что графеновое покрытие может быть значительным. Уменьшите поляризацию металлического отрицательного электрода Li.
Причина, по которой графитовое покрытие усиливает циклические характеристики металлического Li-анода, может быть получена из анализа EIS путем сравнения с 1 мА / см. 2При плотности тока 1, 100, 200 и 500 результатов испытаний EIS мы смогли обнаружить, что покрытая графеном поверхность металлического Li-анода SEI-мембрана Rf и импеданс перезарядки RCT были значительно ниже, чем без покрытия, и циклически Скорость увеличения сопротивления анода металла Li, защищенного графеновым покрытием, также медленнее, чем у обычного металлического анода Li, что указывает на то, что графеновое покрытие может помочь аноду металла Li создать более стабильную пленку SEI и замедлить пленку SEI в течение цикла. рост.
Извлекаемый металлический литиевый анод вынимается, а поверхность электрода анода металла Li без графенового покрытия очень грубая (рис. B), и растет много Li-дендритов. Металл с защитой от покрытия графена Поверхность Li-отрицательного электрода все еще очень гладкая (рис. C ниже). Не наблюдается очевидного роста дендритов металла Li. Из бокового разреза электрода видно, что поверхность электрода общего металла Li очень сильно меняется после цикла. Толщина пористой толщины достигала 54 мкм после 40 циклов, изменение толщины достигало 170%. Толщина пленки SEI на поверхности металлического Li-отрицательного электрода с защитой графена составляла всего 13 мкм после 40 циклов, что демонстрировало очень хорошую стабильность. ,
Чтобы проверить практичность вышеуказанных электродов, Maohui Bai также использует LiFePO. 4В качестве положительного электрода была изготовлена полная батарея для электрохимических испытаний с использованием металлического Li или графенового слоя для защиты металла Li в качестве отрицательного электрода. Из следующего рисунка а видно, что емкость аккумулятора отрицательного электрода Li Li, защищенного покрытием после 300 циклов, практически отсутствует. Распад и емкость аккумулятора обычного металлического Li-отрицательного электрода снижаются до 69% от начальной емкости, что указывает на то, что графеновое покрытие может значительно улучшить характеристики цикла отрицательного электрода Li Li. Из результатов теста увеличения на рисунке b ниже видно, что Металлическая анодная батарея с покрытием из графена имеет значительно более высокую разрядную емкость с большой скоростью, чем обычная металлическая анодная батарея Li, что указывает на то, что графеновое покрытие также полезно для повышения скорости работы батареи.
Графинное покрытие, разработанное Maohui Bai, защищает анод металла Li от ингибирования роста Li dendrites, позволяя аноду металла Li аномально циркулировать более 1000 раз без короткого замыкания, а присутствие графенового покрытия также может улучшить анод металла Li. Структурная стабильность поверхностной пленки SEI улучшает кулоновскую эффективность батареи и улучшает скорость удерживания емкости батареи в долгосрочном цикле. Самое главное, что этот процесс имеет потенциал для крупномасштабного применения, и процесс осаждения графена можно изменить на метод распыления. Таким образом, значительно повышается эффективность производства, что делает эту технологию чрезвычайно практичной.
