全固态无负极锂金属电池纳米化复合集流体构筑

刘泽宇 黄文泽 肖阳 张俊东 孔伟进 武鹏 赵辰孜 陈爱兵 张强

引用本文: 刘泽宇, 黄文泽, 肖阳, 张俊东, 孔伟进, 武鹏, 赵辰孜, 陈爱兵, 张强. 全固态无负极锂金属电池纳米化复合集流体构筑[J]. 物理化学学报, 2024, 40(3): 230504. doi: 10.3866/PKU.WHXB202305040 shu
Citation:  Zeyu Liu, Wenze Huang, Yang Xiao, Jundong Zhang, Weijin Kong, Peng Wu, Chenzi Zhao, Aibing Chen, Qiang Zhang. Nanocomposite Current Collectors for Anode-Free All-Solid-State Lithium Batteries[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(3): 230504. doi: 10.3866/PKU.WHXB202305040 shu

全固态无负极锂金属电池纳米化复合集流体构筑

    通讯作者: 赵辰孜, zcz@tsinghua.edu.cn; 张强, zhang-qiang@mails.tsinghua.edu.cn
  • 基金项目:

    国家重点研发计划 2021YFB2500300

    国家自然科学基金 22108151

    河北省科技项目 22344402D

    博士后国际交流计划引进项目 Talent-Introduction Program YJ20210125

摘要: 全固态无负极锂金属电池(AFSSLB)是一种通过初次充电形成金属锂负极的新型锂电池,它的负极与正极容量比为1,能使任意锂化正极系统达到最大能量密度。无机固态电解质的引入使无负极锂金属体系兼具高安全性。然而,电池循环过程中的锂离子通量不均导致的界面接触损失和锂枝晶生长会不断加剧,从而造成电池循环容量迅速衰减。本文构筑了纳米化的银碳复合集流体,显著增强了全固态无负极锂金属电池中集流体-电解质界面的性能。使用该集流体的固态电池循环过程中接触良好,界面阻抗为~10 Ω∙cm−2。从而实现了超过7.0 mAh∙cm−2锂金属的均匀稳定沉积,并在0.25 mA∙cm−2的电流条件下实现循环200次以上。

English

    1. [1]

      Cheng, X. B.; Zhao, C. Z.; Yao, Y. X.; Liu, H.; Zhang, Q. Chem 2019, 5, 74. doi: 10.1016/j.chempr.2018.12.002

    2. [2]

      Li, B. Q.; Kong, L.; Zhao, C. X.; Jin, Q.; Chen, X.; Peng, H. J.; Qin, J. L.; Chen, J. X.; Yuan, H.; Zhang, Q.; et al. InfoMat 2019, 1, 533. doi: 10.1002/inf2.12056

    3. [3]

      Shen, X.; Cheng, X.; Shi, P.; Huang, J.; Zhang, X.; Yan, C.; Li, T.; Zhang, Q. J. Energy Chem. 2019, 37, 29. doi: 10.1016/j.jechem.2018.11.016

    4. [4]

      Chen, J. X.; Zhang, X. Q.; Li, B. Q.; Wang, X. M.; Shi, P.; Zhu, W.; Chen, A.; Jin, Z.; Xiang, R.; Huang, J. Q. J. Energy Chem. 2020, 47, 128. doi: 10.1016/j.jechem.2019.11.024

    5. [5]

      Ding, J.; Xu, R.; Yan, C.; Xiao, Y.; Liang, Y.; Yuan, H.; Huang, J. Chin. Chem. Lett. 2020, 31, 2339. doi: 10.1016/j.cclet.2020.03.015

    6. [6]

      Peng, H. J.; Huang, J. Q.; Cheng, X. B.; Zhang, Q. Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1700260. doi: 10.1002/aenm.201700260

    7. [7]

      Yan, C.; Yuan, H.; Park, H. S.; Huang, J. Q. J. Energy Chem. 2020, 47, 217. doi: 10.1016/j.jechem.2019.09.034

    8. [8]

      郭峰, 陈鹏, 康拓, 王亚龙, 刘承浩, 沈炎宾, 卢威, 陈立桅. 物理化学学报, 2019, 35, 1365. doi: 10.3866/PKU.WHXB201903008Guo, F.; Chen, P.; Kang, T.; Wang, Y. L.; Liu, C. H.; Shen, Y. B.; Lu, W.; Chen, L. W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 1365. doi: 10.3866/PKU.WHXB201903008

    9. [9]

      Zhang, X. Q.; Zhao, C. Z.; Huang, J. Q.; Zhang, Q. Engineering 2018, 4, 831. doi: 10.1016/j.eng.2018.10.008

    10. [10]

      Zhao, C. Z.; Duan, H.; Huang, J. Q.; Zhang, J.; Zhang, Q.; Guo, Y. G.; Wan, L. J. Sci. China Chem. 2019, 62, 1286. doi: 10.1007/s11426-019-9519-9

    11. [11]

      Ates, T.; Keller, M.; Kulisch, J.; Adermann, T.; Passerini, S. Energy Storage Mater. 2019, 17, 204. doi: 10.1016/j.ensm.2018.11.011

    12. [12]

      Busche, M. R.; Drossel, T.; Leichtweiss, T.; Weber, D. A.; Falk, M.; Schneider, M.; Reich, M. L.; Sommer, H.; Adelhelm, P.; Janek, J. Nat. Chem. 2016, 8, 426. doi: 10.1038/nchem.2470

    13. [13]

      Yu, Q.; Jiang, K.; Yu, C.; Chen, X.; Zhang, C.; Yao, Y.; Jiang, B.; Long, H. Chin. Chem. Lett. 2021, 32, 2659. doi: 10.1016/j.cclet.2021.03.032

    14. [14]

      Shen, Y. Q.; Zeng, F. L.; Zhou, X. Y.; Wang, A. B.; Wang, W. K.; Yuan, N. Y.; Ding, J. N. J. Energy Chem. 2020, 48, 267. doi: 10.1016/j.jechem.2020.01.016

    15. [15]

      Wu, J. Y.; Ling, S. G.; Yang, Q.; Li, H.; Xu, X. X.; Chen, L. Q. Chin. Phys. B 2016, 25, 078204. doi: 10.1088/1674-1056/25/7/078204

    16. [16]

      朱高龙, 赵辰孜, 袁洪, 南皓雄, 赵铂琛, 侯立鹏, 何传新, 刘全兵, 黄佳琦. 物理化学学报 2021, 37, 2005003. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005003Zhu, G. L.; Zhao, C. Z.; Yuan, H.; Nan, H. X.; Zhao, B. C.; Hou, L. P.; He, C. X.; Liu, Q. B.; Huang, J. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2005003. doi: 10.3866/PKU.WHXB202005003

    17. [17]

      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

    18. [18]

      赵雨萌, 任凌霄, 王澳轩, 罗加严. 物理化学学报, 2021, 37, 2008090. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008090Zhao, Y. M.; Ren, L. X.; Wang, A. X.; Luo, J. Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2021, 37, 2008090. doi: 10.3866/PKU.WHXB202008090

    19. [19]

      Huang, W.-Z.; Zhao, C.-Z.; Wu, P.; Yuan, H.; Feng, W.-E.; Liu, Z.-Y.; Lu, Y.; Sun, S.; Fu, Z.-H.; Hu, J.-K.; et al. Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2201044. doi: 10.1002/aenm.202201044

    20. [20]

      Suzuki, N.; Yashiro, N.; Fujiki, S.; Omoda, R.; Shiratsuchi, T.; Watanabe, T.; Aihara, Y. Adv. Energy Sustain. Res. 2021, 2, 2100066. doi: 10.1002/aesr.202100066

    21. [21]

      Neudecker, B. J.; Dudney, N. J.; Bates, J. B. J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 517. doi: 10.1149/1.1393226

    22. [22]

      Huang, W.-Z.; Liu, Z.-Y.; Xu, P.; Kong, W.-J.; Huang, X.-Y.; Shi, P.; Wu, P.; Zhao, C.-Z.; Yuan, H.; Huang, J.-Q.; et al. J. Mater. Chem. A 2023. 11, 12713. doi: 10.1039/D3TA00121K

    23. [23]

      Ikhe, A. B.; Park, W. B.; Han, S. C.; Seo, J. Y.; Han, S.; Sohn, K.-S.; Pyo, M. J. Mater. Chem. A 2022, 10, 21456. doi: 10.1039/D2TA06379D

    24. [24]

      Heubner, C.; Maletti, S.; Auer, H.; Hüttl, J.; Voigt, K.; Lohrberg, O. Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2106608. doi: 10.1002/adfm.202106608

    25. [25]

      Lin, Y.; Chen, J.; Zhang, H.; Wang, J. J. Energy Chem. 2023, 80, 207. doi: 10.1016/j.jechem.2023.02.005

    26. [26]

      Shen, X.; Zhang, R.; Shi, P.; Chen, X.; Zhang, Q. Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2003416. doi: 10.1002/aenm.202003416

    27. [27]

      Jiang, F.-N.; Yang, S.-J.; Liu, H.; Cheng, X.-B.; Liu, L.; Xiang, R.; Zhang, Q.; Kaskel, S.; Huang, J.-Q. SusMat 2021, 1, 506. doi: 10.1002/sus2.37

    28. [28]

      Kasemchainan, J.; Zekoll, S.; Spencer Jolly, D.; Ning, Z.; Hartley, G. O.; Marrow, J.; Bruce, P. G. Nat. Mater. 2019, 18, 1105. doi: 10.1038/s41563-019-0438-

    29. [29]

      Zhang, X.; Huang, L.; Xie, B.; Zhang, S.; Jiang, Z.; Xu, G.; Li, J.; Cui, G. Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203648. doi: 10.1002/aenm.202203648

    30. [30]

      Jo, C.-H.; Sohn, K.-S.; Myung, S.-T. Energy Storage Mater. 2023, 57, 471. doi: 10.1016/j.ensm.2023.02.040

    31. [31]

      Raj, V.; Venturi, V.; Kankanallu, V. R.; Kuiri, B.; Viswanathan, V.; Aetukuri, N. P. B. Nat. Mater. 2022, 21, 1050. doi: 10.1038/s41563-022-01264-8

    32. [32]

      Fang, C.; Lu, B.; Pawar, G.; Zhang, M.; Cheng, D.; Chen, S.; Ceja, M.; Doux, J.-M.; Musrock, H.; Cai, M.; et al. Nat. Energy 2021, 6, 987. doi: 10.1038/s41560-021-00917-3

    33. [33]

      Lin, L.; Qin, K.; Li, M.; Hu, Y.-S.; Li, H.; Huang, X.; Chen, L.; Suo, L. Energy Storage Mater. 2022, 45, 821. doi: 10.1016/j.ensm.2021.12.036

    34. [34]

      Shin, W.; Manthiram, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202115909. doi: 10.1002/anie.202115909

    35. [35]

      Lee, Y.-G.; Fujiki, S.; Jung, C.; Suzuki, N.; Yashiro, N.; Omoda, R.; Ko, D.-S.; Shiratsuchi, T.; Sugimoto, T.; Ryu, S.; et al. Nat. Energy 2020, 5, 299. doi: 10.1038/s41560-020-0575-z

    36. [36]

      Liang, P.; Sun, H.; Huang, C. L.; Zhu, G.; Tai, H. C.; Li, J.; Wang, F.; Wang, Y.; Huang, C. J.; Jiang, S. K.; et al. Adv. Mater. 2022, 34, 2207361. doi: 10.1002/adma.202207361

    37. [37]

      Lin, L.; Qin, K.; Zhang, Q.; Gu, L.; Suo, L.; Hu, Y. S.; Li, H.; Huang, X.; Chen, L. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 8289. doi: 10.1002/anie.202017063

    38. [38]

      Yan, K.; Lu, Z.; Lee, H.-W.; Xiong, F.; Hsu, P.-C.; Li, Y.; Zhao, J.; Chu, S.; Cui, Y. Nat. Energy 2016, 1, 16010. doi: 10.1038/nenergy.2016.10

    39. [39]

      Garcia-Calvo, O.; Gutiérrez-Pardo, A.; Combarro, I.; Orue, A.; Lopez-Aranguren, P.; Urdampilleta, I.; Kvasha, A. Front. Chem. 2022, 10, 934365. doi: 10.3389/fchem.2022.934365

    40. [40]

      Chen, X.-R.; Chen, X.; Yan, C.; Zhang, X.-Q.; Zhang, Q.; Huang, J.-Q. Energy Fuels 2021, 35, 12746. doi: 10.1021/acs.energyfuels.1c01602

    41. [41]

      Lu, Y.; Zhao, C.-Z.; Hu, J.-K.; Sun, S.; Yuan, H.; Fu, Z.-H. Sci. Adv. 2022, 8, eadd0510. doi: 10.1126/sciadv.add0510

    42. [42]

      Lewis, J. A.; Cavallaro, K. A.; Liu, Y.; McDowell, M. T. Joule 2022, 6, 1418. doi: 10.1016/j.joule.2022.05.016

    43. [43]

      Han, S. Y.; Lee, C.; Lewis, J. A.; Yeh, D.; Liu, Y.; Lee, H.-W.; McDowell, M. T. Joule 2021, 5, 2450. doi: 10.1016/j.joule.2021.07.002

    44. [44]

      Zhang, R.; Chen, X.; Shen, X.; Zhang, X.-Q.; Chen, X.-R.; Cheng, X.-B.; Yan, C.; Zhao, C.-Z.; Zhang, Q. Joule 2018, 2, 764. doi: 10.1016/j.joule.2018.02.001

    45. [45]

      Wang, C.; Wang, H.; Tao, L.; Wang, X.; Cao, P.; Lin, F. ACS Energy Lett. 2023, 8, 1929. doi: 10.1021/acsenergylett.3c00180

    46. [46]

      Zhang, W.-J. J. Power Sources 2011, 196, 877. doi: 10.1016/j.jpowsour.2010.08.114

    47. [47]

      Jin, S.; Ye, Y.; Niu, Y.; Xu, Y.; Jin, H.; Wang, J.; Sun, Z.; Cao, A.; Wu, X.; Luo, Y.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8818. doi: 10.1021/jacs.0c01811

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  34
  • 文章访问数:  1210
  • HTML全文浏览量:  231
文章相关
  • 发布日期:  2024-03-15
  • 收稿日期:  2023-05-22
  • 接受日期:  2023-06-27
  • 修回日期:  2023-06-24
  • 网络出版日期:  2023-07-06
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