Single-Atom Cobalt Coordinated to Oxygen Sites on Graphene for Stable Lithium Metal Anodes

Haodong Shi Yaguang Li Pengfei Lu Zhong-Shuai Wu

Citation:  Shi Haodong, Li Yaguang, Lu Pengfei, Wu Zhong-Shuai. Single-Atom Cobalt Coordinated to Oxygen Sites on Graphene for Stable Lithium Metal Anodes[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(11): 2008033-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008033 shu

石墨烯负载的氧配位钴单原子稳定金属锂负极

    通讯作者: 吴忠帅, wuzs@dicp.ac.cn
  • 基金项目:

    大连化物所科研创新基金 DICP ZZBS201708

    大连化物所-青岛能源所融合基金 DICP&QIBEBT UN201702

    中国科学院洁净能源创新研究院 DNL180308

    国家重点研发项目(2016YBF0100100), 国家自然科学基金(51872283, 21805273), 辽宁省“百千万人才工程”项目, 辽宁省‘兴辽英才计划’项目(XLYC1807153), 辽宁省自然科学基金(20180510038), 大连化物所科研创新基金(DICP ZZBS201708, DICP ZZBS201802, DICP I202032), 大连化物所-青岛能源所融合基金(DICP&QIBEBT UN201702)及中国科学院洁净能源创新研究院(DNL180310, DNL180308, DNL201912, DNL201915)资助

    大连化物所科研创新基金 DICP I202032

    国家自然科学基金 51872283

    辽宁省自然科学基金 20180510038

    中国科学院洁净能源创新研究院 DNL180310

    大连化物所科研创新基金 DICP ZZBS201802

    中国科学院洁净能源创新研究院 DNL201912

    国家自然科学基金 21805273

    辽宁省“百千万人才工程”项目, 辽宁省‘兴辽英才计划’项目 XLYC1807153

    国家重点研发项目 2016YBF0100100

    中国科学院洁净能源创新研究院 DNL201915

摘要: 锂金属具有超高的理论容量(3860 mAh∙g−1)、低氧化还原电位(−3.04 V)被认为是最具前途的负极材料之一。然而,锂枝晶生长、以及“死锂”等问题阻碍了其实际应用。发展亲锂载体来调控锂成核行为是抑制锂枝的有效方法。本工作中我们采用石墨烯负载的氧配位钴单原子(Co-O-G SA)作为锂沉积载体,调节锂的成核和生长行为。Co-O-G SA具有均匀的亲锂位点、高电导率、以及高表面积(519 m2∙g−1),可显著降低锂沉积过程中局部电流密度,提高锂在循环过程中的可逆性。因此,基于Co-O-G SA锂负极在电流密度为1 mA∙cm−2,沉积容量1 mAh∙cm−2时具有99.9%的库伦效率和优异的倍率性能,在8 mA∙cm−2高电流密度下寿命达到1300 h。在对称电池中,Co-O-G SA锂负极(Co-O-G SA/Li)在1 mA∙cm−2的电流密度下,电压稳定在18 mV,寿命达到780 h。当匹配硫正极,获得全电池在0.5C (1C = 1675 mA∙g−1)的条件下,具有1002 mAh∙g−1的比容量,1000次循环过程中仅有0.036%的容量衰减率。本工作为通过调控单原子的配位环境来实现无枝晶锂负极提供了重要的见解。

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  • 发布日期:  2021-11-15
  • 收稿日期:  2020-08-13
  • 接受日期:  2020-09-08
  • 修回日期:  2020-09-08
  • 网络出版日期:  2020-09-14
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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