AEM封面文章 | 石墨烯缺陷如何影响锂金属电池性能?

SEI层与Li枝晶的生长有关,使得其使用周期变短同时也会带来安全问题。为了解决这一关键问题,目前普遍采用的解决方法,包括使用电解质添加剂和碳基载体(如石墨烯、氧化石墨烯和氮掺杂石墨烯)来稳定锂金属阳极。

锂(Li)金属电池(LMBs)是锂离子电池(LIBS)的理想替代品,因为锂金属负极-电极的“圣杯”-具有更高的能量密度。如果LMB能够实现大规模商业化,那么将在需要更长运行时间的能源密集型应用领域,如电动汽车和无人机,大展身手。

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然而,在传统的碳酸盐电解质中,由于电解质与阳极接触时发生不可逆还原和化学分解,金属锂上形成固体电解质膜(SEI),使得其前景受到了影响。

SEI层与Li枝晶的生长有关,使得其使用周期变短同时也会带来安全问题。为了解决这一关键问题,目前普遍采用的解决方法,包括使用电解质添加剂和碳基载体(如石墨烯、氧化石墨烯和氮掺杂石墨烯)来稳定锂金属阳极。

对于包覆碳的结构和化学性质是如何影响锂枝晶生长和电池性能的,目前还没有清晰的认识。最近,Clarkson University (美国)和四川大学(中国)的一组研究人员通过解释石墨烯缺陷如何在锂枝晶的形成中发挥重要作用,在电池研究方面取得了重大进展。

他们比较了超纯、“无缺陷”石墨烯(这种石墨烯是用一种“流动辅助超声”湿法制备的),与高度缺陷的Hummers石墨烯(r-GO)上固有的SEI的形成过程进行比较。

在没有电解质的情况下,r-GO的第一次循环不可逆容量损失达到1863mAh g-1,而无缺陷石墨烯为148mAh g-1。当加入氟代碳酸亚乙酯(FEC)时,使用无缺陷石墨烯的表面形态相对光滑,无枝晶,拥有更好的电化学性能。相反,r-GO促进FEC电解质的快速消耗,导致广泛的枝晶形成。

这些观察结果揭示了一个重要的新发现:在金属电镀之前发生的SEI形成实际上决定了枝晶的形成。也就是说,一旦包覆碳在初始充电时形成SEI,就已经决定了金属锂电极的命运。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201802918

—期刊简介—

Advanced Energy Materials

Established in 2011, Advanced Energy Materials is an international, interdisciplinary, English-language forum of original peer-reviewed contributions on materials used in all forms of energy harvesting, conversion and storage. With a 2017 Impact Factor of 21.875, Advanced Energy Materials is a prime source for the best energy-related research. This Impact Factor confirms in numbers what was already clear from the content: that AEnM has joined Advanced Materials, Advanced Functional Materials and Small as a top-quality journal.

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