AFM: 利用液态金属与原位聚合电解质制造无阳极金属锂电池

为了提高传统锂离子电池的安全性和能量密度，出现了在阳极中仅使用一个集流体（CC）的无阳极或零锂电池配置。然而，包括锂枝晶快速生长、库仑效率低、安全问题和厚度问题在内的挑战阻碍了采用液态电解质（LE）或固态电解质（SE）的无阳极电池（AFB）的实际应用。本文报告了使用涂有液态金属（LM）@C纳米复合材料和原位聚合电解质（PE）的阳极集流器的潜在无阳极电池。有趣的是，添加到CC复合层中的LM纳米颗粒通过自修复机制，以及Li和LM的合金化和去合金化引起的可逆液-固-液相变，在促进均匀的Li镀/剥离行为中起着至关重要的作用。此外，原位聚合电解质还能防止锂纳米颗粒的团聚，从而稳定锂聚合物，因此与其他传统的低浓锂电池相比，电池性能显著提高。通过系统的模型研究和原位分析，揭示了LMs和PE之间的协同效应，同时阐明了原位聚合和Li-LMs反应的机理。这项研究为今后研究使用聚合物电解质和复合夹层的AFBs的实际应用提供了宝贵的见解。

图文简介

a ~ d )使用传统LiPF6液体电解质的a )仅C，b ) Ga-C，c ) GaIn-C，d ) GaInSn-C层的非对称电池性能；e )非对称电池的库伦效率随循环次数的变化；f )非对称电池的镀锂形貌。

确定LMs-Li合金在充放电过程中的相变

a )结合液态金属( LM )纳米颗粒的原位聚合相对于典型液态电解质( LE )的优势示意图；b )使用GaInSn-C复合层的非对称电池在不同电解质下的库伦效率；c-f )使用GaInSn-C电极的非对称电池在c ) LiPF6液态电解质、d )  LiPF6-VEC液态电解质、e ) LiTFSI液态电解质和f ) LiFSI原位聚合电解质下的成核过电位。

GaInSn LM尺寸对电池性能的影响

使用a ) Ag和b ) GaInSn纳米颗粒的非对称电池在不同电流密度下的循环性能，以及c )它们相应的库伦效率。非对称电池在0.5~4 mA cm -2的不同电流密度下运行，每个密度循环10次。d ) GaInSn-C和Li//NCM811半电池在高倍率( 0.5 C )下的循环性能，e，f分别为对应的e )GaInSn-C和f ) Li箔负极的恒流充放电( GCD )曲线。在这里，添加16 wt . % LiDFOB的LiFSI电解液被配制为通过FSI -和Al集流体之间的副反应来减轻阴极腐蚀问题的最佳电解液。

论文信息

通讯作者：Sangbaek Park