鋰陽極中存在的體積膨脹和 “死鋰”積累現象嚴重阻礙了實用袋裝型鋰金屬電池的發展。因此，開發高可逆、長壽命的鋰金屬陽極在該領域具有重要的意義。這里提出了一種簡便的熱引發轉化方法，通過加熱誘導鋰粉、石墨烯和聚偏二氟乙烯（PVDF）之間的局部反應，制備得鋰/石墨烯復合陽極。使用簡單的混合-涂覆-干燥-加熱程序，可以用薄膜流延機以卷對卷的方式獲得了大面積Li@G陽極。這種復合陽極中LiC6骨架的形貌和功能減輕了“死鋰”積累現象。失效分析和形貌表征表明，使用這種新型鋰陽極可以有效降低電池電阻和濃差極化現象。結果，嚴格遵循實際條件的0.55 Ah pLMB (Li@G/NCM811)，可以穩定循環140次。此外，2.6 Ah pLMB (Li@G/NCM811)可提供356 Wh kg-1(基于整個電池)的高能量密度，100次循環后高容量保持率為70%。所提出的先進鋰電極的可擴展制備方法為設計和制備實用鋰復合陽極帶來了新進展。
Figure 1. (a) 快速熱引發轉化工藝：從Li/G復合材料到Li@G陽極。(b) 從Li/G 復合材料到Li@G陽極的結構演變示意圖。(c) XRD圖和 (d) XPS光譜。(e-i) 熱轉換前后的頂視和橫截面SEM圖像。(j) 通過FIB-SEM獲得Li@G陽極的橫截面SEM圖像。
Figure 2. Li@G 陽極中LiC6 骨架去鋰后的(a) 橫截面 SEM 和 (b) FIB-SEM 圖像。(c) Li@G 陽極在循環10次后的橫截面FIB-SEM 圖像。(d) Li@G陽極去鋰后的橫截面FIB-SEM圖像。
Figure 3．(a，b) 在不同剝離/電鍍容量下的恒電流循環性能。(c，d)對稱電池的容量-電壓曲線。(e，f) 使用不同電極的對稱電池的電壓情況。
Figure 4．(a)使用涂層干燥機卷對卷制備鋰/石墨烯箔（Li/G）。(b)在充滿Ar的烘箱中加熱后是大面積Li/G陽極。0.55 Ah Li/NCM811袋狀電池在120 kPa外部壓力下的(c)放電容量、庫侖效率和(d) 原位壓力變化。（e）Li@G/NCM811袋狀電池(設計容量為2.6 Ah)的循環性能和能量密度。(f)將這項工作中袋狀電池的循環壽命、能量密度和容量與先前工作的性能進行比較。
該研究工作由中科院寧波材料所Zhaoping Liu和Xufeng Zhou課題組于2021年發表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文：Scalable Fabrication of Large-area Lithium/Graphene Anode towards Long-life 350 Wh kg-1 Lithium Metal Pouch Cell。
轉自《石墨烯研究》公眾號
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