摘要：锂枝晶的生长一直被认为是锂金属电池（LMB）面临的最大挑战。垂直石墨烯（VG）是一种很有前景的锂枝晶抑制剂。然而，目前还没有研究 VG 的各种缺陷类型对LMB的影响。本文，中南大学张明瑜 教授团队在《BATTERY ENERGY》期刊发表名为“The Boun
1成果简介
锂枝晶的生长一直被认为是锂金属电池（LMB）面临的最大挑战。垂直石墨烯（VG）是一种很有前景的锂枝晶抑制剂。然而，目前还没有研究 VG 的各种缺陷类型对LMB的影响。本文，中南大学张明瑜 教授团队在《BATTERY ENERGY》期刊发表名为“The Boundary-Like Defect Type Vertical Graphene Enhances the Stability of lithium Metal Batteries”的论文，研究在作为锂枝晶阳极的泡沫铜上生长了不同缺陷类型的石墨烯，并详细研究了它们的电化学特性。
随着合成温度的升高，碳纳米片（CNS）的密度逐渐增加，导致 VG 从空位型过渡到边界型。循环测试表明，在各种缺陷型电极中，类边界型电极在5mA cm-2 下循环200次后，库仑效率最高，超过97.9%。类边界型电极之所以具有优异的电化学性能，是因为其缺陷含量高，边缘缺陷丰富，为锂提供了大量成核点，促进了锂的均匀沉积。此外，VG 独特的三维形态为锂沉积提供了足够的空间，有效抑制了锂枝晶的生长。这项研究强调了类边界型 VG 能有效提高锂聚合物的稳定性，并为 VG 在锂聚合物负极中的应用提供了新思路。
2图文导读
图1、SEM images of the surface and cross-section of samples: (a, d) CF@VG-V1, (b, e) CF@VG-V2, (c, f) CF@VG-B3.
图2、Raman spectra of samples: (a) CF@VG-V1, (b) CF@VG-V2, (c) CF@VG-B3, (d) Raman intensity ratios of ID1/IG, I2*D1/IG, and ID2/IG for the samples.
图3、XPS full spectrum (a) and the C1s fitting diagram from XPS of samples: (b) CF@VG-V1, (c) CF@VG-V2, and (d) CF@VG-B3.
图4、TEM and HRTEM images of samples: (a, d) CF@VG-V1, (b, e) CF@VG-V2, (c, f) CF@VG-B3.
图5、(a) CE of the samples with a cycling capacity of 1 mAh cm−2 at a current density of 1 mA cm−2. (b–d) Voltage-capacity curves of the samples after various cycles with a cycling capacity of 1 mAh cm−2 at a current density of 1 mA cm−2. (e) CE of the samples with a cycling capacity of 5 mAh cm−2 at a current density of 1 mA cm−2. (f–h). Voltage-capacity curves of the samples after various cycles with a cycling capacity of 1 mAh cm−2 at a current density of 5 mA cm−2.
图6、(a) Full cell testing results of CF@VG//LiFePO4 at cycling performance at 1C, (b) Full cell testing results of CF@VG//NCM-811 at cycling performance at 1C.
图7、Schematic diagram of nucleation and deposition of lithium deposits in VG.
3小结
综上所述，通过控制PECVD过程中的合成温度，可以在 CF 上合成具有不同缺陷类型的 VG。通过筛选VG的缺陷类型，可以有效抑制 LMB 中锂枝晶的形成。与空位样电极相比，边界样电极的缺陷含量高，电化学性能优越。在电流密度为 1 mA cm-2 和容量密度为 1 mAh cm-2 的条件下，经过 500 次循环后，CE 仍高达 95%。此外，在这些电流密度下，它的循环稳定性超过 1000 小时。此外，当组装成一个完整的电池时，类边界型电极在经历 150 次循环后仍能保持 122.1 mA h g-1 的比容量。这要归功于其高度暴露的边缘和均匀分布的边缘缺陷，它们为锂成核提供了大量的活性位点，并促进了锂的均匀沉积。此外，其独特的三维形态为锂沉积提供了充足的空间，同时有效抑制了锂枝晶的生长。
文献:https://doi.org/10.1002/bte2.20240122
来源：小萱科技每日一讲