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随着电化学储能市场的快速发展,当前商用锂离子电池很难满足人们对高能量密度储能器件的需求。锂金属具有高的理论比容量(3860 mAh g-1)和低的氧化还原电位(-3.04 V vs 标准氢电极),被认为是下一代二次电池的理想负极材料。然而,锂金属负极在电池充放电过程中会出现体积变化大、锂枝晶生长、界面不稳定等问题,严重阻碍了其在二次电池中的实际应用。 三维材料具有多孔交联结构、比表面积高和机械性能好等物理特性,用作金属锂负极的集流体,在锂沉积/溶解过程中可以有效降低局部电流密度和均匀电场分布,缓解锂沉积/溶解过程中的体积变化,促进锂的均匀成核和致密沉积。 本文聚焦锂金属负极三维集流体的构建及应用研究进展,将三维电极材料分为金属基和碳基,重点关注了三维集流体的结构调控、表面改性和功能化等应对策略对锂成核、沉积过程的影响,并对不同材质三维集流体的优缺点进行了归纳总结。 作为抑制锂枝晶生长的有效手段,三维集流体可通过合理的结构设计和表面改性,最终实现无枝晶、致密、稳定、安全的锂金属负极。然而,在重复的锂剥离/镀覆工艺中,高效表面积可导致锂和电解质的显著减少。此外,由于制备工艺等因素的限制,基于三维集流体的锂金属负极离实际应用还有很大距离。从实用的角度来看,未来三维集流体的发展有以下趋势:(1)制备工艺应简单、温和、低成本,适合工业化生产;(2)制备轻质三维集流体,有效降低集流体在电池中的质量比,提高电池的能量密度。(3)三维集流体应具有良好的机械强度和韧性,以确保其结构在重复充电/放电循环中的持久稳定性,并拓宽其在柔性器件中的潜在应用。(4)继续提高三维集流体的库伦效率,重点发展无锂/贫锂负极全电池系统,提升锂金属负极储能系统的实用化水平。 论文信息 Rational Design of Three-Dimensional Self-Supporting Structure for Advanced Lithium Metal Anode Minghuan Jin, Lianhui Wu, Dr. Daying Guo, Chuanhuang Wu, Cong Wang, Prof. Xi'an Chen, Prof. Shun Wang Batteries&Supercaps DOI: 10.1002/batt.202300246

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