锂金属负极的可逆性与沉积形貌的关联

黄凡洋 揭育林 李新鹏 陈亚威 曹瑞国 章根强 焦淑红

引用本文: 黄凡洋, 揭育林, 李新鹏, 陈亚威, 曹瑞国, 章根强, 焦淑红. 锂金属负极的可逆性与沉积形貌的关联[J]. 物理化学学报, 2021, 37(1): 2008081-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008081 shu
Citation:  Huang Fanyang, Jie Yulin, Li Xinpeng, Chen Yawei, Cao Ruiguo, Zhang Genqiang, Jiao Shuhong. Correlation between Li Plating Morphology and Reversibility of Li Metal Anode[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2021, 37(1): 2008081-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008081 shu

锂金属负极的可逆性与沉积形貌的关联

    通讯作者: 焦淑红, jiaosh@ustc.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发计划(2017YFA0402802, 2017YFA0206700), 国家自然科学基金(51902304, 21776265), 安徽省自然科学基金(1908085ME122), 中央高校基本科研基金(Wk2060140026)资助项目

摘要: 高能量密度二次电池的商业化将会推动便携式电子设备和电动车的飞速发展。锂金属电池因具有较高的理论能量密度而受到研究者的广泛关注。然而,锂金属负极较低的库仑效率(CE)和枝晶生长等问题,严重制约了锂金属电池的发展。库仑效率是衡量电池体系可逆性的关键参数之一,锂金属负极的库仑效率在不同电解液中存在较大的差异,本文以四种常见的电解液为例,包括1 mol·L-1六氟磷酸锂-碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯电解液,1 mol·L-1六氟磷酸锂-碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯+ 5% (w)氟代碳酸乙烯酯电解液,1 mol·L-1双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂-乙二醇二甲醚/1, 3二氧戊环+ 2% (w)硝酸锂电解液,以及4 mol·L-1双氟磺酰亚胺锂-乙二醇二甲醚电解液,利用原子力显微镜研究了不同电解液体系中锂金属的生长行为,探讨了锂金属沉积形貌与其库仑效率之间的联系,为发展高效的锂金属负极提供了参考依据。

English

    1. [1]

      Armand, M.; Tarascon, J. M. Nature 2008, 451, 652. doi: 10.1038/451652a

    2. [2]

      Cano, Z. P.; Banham, D.; Ye, S.; Hintennach, A.; Lu, J.; Fowler, M.; Chen, Z. W. Nat. Energy 2018, 3, 279. doi: 10.1038/s41560-018-0108-1

    3. [3]

      Choi, J. W.; Aurbach, D. Nat. Rev. Mater. 2016, 1, 16013. doi: 10.1038/natrevmats.2016.13

    4. [4]

      Pathak, R.; Chen, K.; Gurung, A.; Reza, K. M.; Bahrami, B.; Pokharel, J.; Baniya, A.; He, W.; Wu, F.; Zhou, Y.; et al. Nat. Commun. 2020, 11, 93. doi: 10.1038/s41467-019-13774-2

    5. [5]

      Yu, X.; Wang, L.; Ma, J.; Sun, X.; Zhou, X.; Cui, G. Adv. Energy Mater. 2020, 10, 1903939. doi: 10.1002/aenm.201903939

    6. [6]

      Lim, H. D.; Lee, B.; Bae, Y.; Park, H.; Ko, Y.; Kim, H.; Kim, J.; Kang, K. Chem. Soc. Rev. 2017, 46, 2873. doi: 10.1039/C6CS00929H

    7. [7]

      Asadi, M.; Sayahpour, B.; Abbasi, P.; Ngo, A. T.; Karis, K.; Jokisaari, J. R.; Liu, C.; Narayanan, B.; Gerard, M.; Yasaei, P.; et al. Nature 2018, 555, 502. doi: 10.1038/nature25984

    8. [8]

      Jung, J. W.; Cho, S. H.; Nam, J. S.; Kim, I. D. Energy Storage Mater. 2020, 24, 512. doi: 10.1016/j.ensm.2019.07.006

    9. [9]

      Yin, Y. X.; Xin, S.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 13186. doi: 10.1002/anie.201304762

    10. [10]

      Manthiram, A.; Fu, Y.; Chung, S. H.; Zu, C.; Su, Y. S. Chem. Rev. 2014, 114, 11751. doi: 10.1021/cr500062v

    11. [11]

      Seh, Z. W.; Sun, Y.; Zhang, Q.; Cui, Y. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 5605. doi: 10.1039/c5cs00410a

    12. [12]

      Cheng, X. B.; Zhang, R.; Zhao, C. Z.; Zhang, Q. Chem. Rev. 2017, 117, 10403. doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00115

    13. [13]

      Sun, Y.; Liu, N.; Cui, Y. Nat. Energy 2016, 1, 16071. doi: 10.1038/nenergy.2016.71

    14. [14]

      刘凡凡, 张志文, 叶淑芬, 姚雨, 余彦.物理化学学报, 2021, 37, 2006021. doi: 10.3866/PKU.WHXB202006021Liu, F. F.; Zhang, Z. W.; Ye, S. F.; Yao, Y.; Yu, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2006021. doi: 10.3866/PKU.WHXB202006021

    15. [15]

      Duan, H.; Yin, Y. X.; Shi, Y.; Wang, P. F.; Zhang, X. D.; Yang, C. P.; Shi, J. L.; Wen, R.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 82. doi: 10.1021/jacs.7b10864

    16. [16]

      Jiao, S.; Zheng, J.; Li, Q.; Li, X.; Engelhard, M. H.; Cao, R.; Zhang, J. G.; Xu, W. Joule 2018, 2, 110. doi: 10.1016/j.joule.2017.10.007

    17. [17]

      Yan, C.; Cheng, X. B.; Yao, Y. X.; Shen, X.; Li, B. Q.; Li, W. J.; Zhang, R.; Huang, J. Q.; Li, H.; Zhang, Q. Adv. Mater. 2018, 30, e1804461. doi: 10.1002/adma.201804461

    18. [18]

      Chen, L.; Fan, X.; Ji, X.; Chen, J.; Hou, S.; Wang, C. Joule 2019, 3, 732. doi: 10.1016/j.joule.2018.11.025

    19. [19]

      Wood, K. N.; Noked, M.; Dasgupta, N. P. ACS Energy Lett. 2017, 2, 664. doi: 10.1021/acsenergylett.6b00650

    20. [20]

      Pang, Q.; Liang, X.; Shyamsunder, A.; Nazar, L. F. Joule 2017, 1, 871. doi: 10.1016/j.joule.2017.11.009

    21. [21]

      Ye, H.; Yin, Y. X.; Zhang, S. F.; Shi, Y.; Liu, L.; Zeng, X. X.; Wen, R.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. Nano Energy 2017, 36, 411. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.04.056

    22. [22]

      Zhang, Y.; Qian, J.; Xu, W.; Russell, S. M.; Chen, X.; Nasybulin, E.; Bhattacharya, P.; Engelhard, M. H.; Mei, D.; Cao, R.; et al. Nano Lett. 2014, 14, 6889. doi: 10.1021/nl5039117

    23. [23]

      Jie, Y.; Liu, X.; Lei, Z.; Wang, S.; Chen, Y.; Huang, F.; Cao, R.; Zhang, G.; Jiao, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 3505. doi: 10.1002/anie.201914250

    24. [24]

      Zheng, G.; Lee, S. W.; Liang, Z.; Lee, H. W.; Yan, K.; Yao, H.; Wang, H.; Li, W.; Chu, S.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 618. doi: 10.1038/nnano.2014.152

    25. [25]

      Lan, X.; Ye, W.; Zheng, H.; Cheng, Y.; Zhang, Q.; Peng, D. L.; Wang, M. S. Nano Energy 2019, 66, 104178. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104178

    26. [26]

      Li, Y.; Li, Y.; Pei, A.; Yan, K.; Sun, Y.; Wu, C. L.; Joubert, L. M.; Chin, R.; Koh, A. L.; Yu, Y.; et al. Science 2017, 358, 506. doi: 10.1126/science.aam6014

    27. [27]

      Li, Y.; Huang, W.; Li, Y.; Pei, A.; Boyle, D. T.; Cui, Y. Joule 2018, 2, 2167. doi: 10.1016/j.joule.2018.08.004

    28. [28]

      Wang, X.; Zhang, M.; Alvarado, J.; Wang, S.; Sina, M.; Lu, B.; Bouwer, J.; Xu, W.; Xiao, J.; Zhang, J. G.; et al. Nano Lett. 2017, 17, 7606. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b03606

    29. [29]

      Cao, X.; Ren, X.; Zou, L.; Engelhard, M. H.; Huang, W.; Wang, H.; Matthews, B. E.; Lee, H.; Niu, C.; Arey, B. W.; et al. Nat. Energy 2019, 4, 796. doi: 10.1038/s41560-019-0464-5

    30. [30]

      Pei, A.; Zheng, G.; Shi, F.; Li, Y.; Cui, Y. Nano Lett. 2017, 17, 1132. doi: 10.1021/acs.nanolett.6b04755

    31. [31]

      Chen, X.; Lai, J.; Shen, Y.; Chen, Q.; Chen, L. Adv. Mater. 2018, 30, e1802490. doi: 10.1002/adma.201802490

    32. [32]

      Wang, S.; Liu, Q.; Zhao, C.; Lv, F.; Qin, X.; Du, H.; Kang, F.; Li, B. Energy Environ. Mater. 2018, 1, 28. doi: 10.1002/eem2.12002

    33. [33]

      Zhao, W.; Song, W.; Cheong, L. Z.; Wang, D.; Li, H.; Besenbacher, F.; Huang, F.; Shen, C. Ultramicroscopy 2019, 204, 34. doi: 10.1016/j.ultramic.2019.05.004

    34. [34]

      Li, N. W.; Shi, Y.; Yin, Y. X.; Zeng, X. X.; Li, J. Y.; Li, C. J.; Wan, L. J.; Wen, R.; Guo, Y. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 1505. doi: 10.1002/anie.201710806

    35. [35]

      Aurbach, D. J. Electrochem. Soc. 1997, 144, 3355. doi: 10.1149/1.1838018

    36. [36]

      Aurbach, D.; Cohen, Y. J. Electrochem. Soc. 1996, 143, 3525. doi: 10.1149/1.1837248

    37. [37]

      Han, Y.; Jie, Y.; Huang, F.; Chen, Y.; Lei, Z.; Zhang, G.; Ren, X.; Qin, L.; Cao, R.; Jiao, S. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1904629. doi: 10.1002/adfm.201904629

    38. [38]

      Chen, S.; Zheng, J.; Mei, D.; Han, K. S.; Engelhard, M. H.; Zhao, W.; Xu, W.; Liu, J.; Zhang, J. G. Adv. Mater. 2018, 30, 1706102. doi: 10.1002/adma.201706102

    39. [39]

      Shi, F.; Pei, A.; Vailionis, A.; Xie, J.; Liu, B.; Zhao, J.; Gong, Y.; Cui, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2017, 114, 12138. doi: 10.1073/pnas.1708224114

    40. [40]

      Qian, J.; Henderson, W. A.; Xu, W.; Bhattacharya, P.; Engelhard, M.; Borodin, O.; Zhang, J. G. Nat. Commun. 2015, 6, 6362. doi: 10.1038/ncomms7362

    41. [41]

      Yu, Z.; Wang, H.; Kong, X.; Huang, W.; Tsao, Y.; Mackanic, D. G.; Wang, K.; Wang, X.; Huang, W.; Choudhury, S.; et al. Nat. Energy 2020, 5, 526. doi: 10.1038/s41560-020-0634-5

    42. [42]

      Adams, B. D.; Zheng, J.; Ren, X.; Xu, W.; Zhang, J. G. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702097. doi: 10.1002/aenm.201702097

    43. [43]

      Jie, Y.; Ren, X.; Cao, R.; Cai, W.; Jiao, S. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1910777. doi: 10.1002/adfm.201910777

    44. [44]

      Xu, K. Chem. Rev. 2004, 104, 4303. doi: 10.1021/cr030203g

    45. [45]

      Wang, J.; Huang, W.; Pei, A.; Li, Y.; Shi, F.; Yu, X.; Cui, Y. Nature Energy 2019, 4, 664. doi: 10.1038/s41560-019-0413-3

    46. [46]

      Yan, K.; Wang, J.; Zhao, S.; Zhou, D.; Sun, B.; Cui, Y.; Wang, G. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 11364. doi: 10.1002/anie.201905251

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  59
  • HTML全文浏览量:  5
文章相关
  • 发布日期:  2021-01-15
  • 收稿日期:  2020-08-27
  • 接受日期:  2020-09-28
  • 修回日期:  2020-09-27
  • 网络出版日期:  2020-10-19
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

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章