锂金属负极用多孔铜集流体的定量设计
材料科学
2021-02-09 v1
摘要
锂金属一直是备受关注的下一代负极材料候选者。尽管其广受青睐，但锂在液态电解质中的稳定性问题以及锂晶须的形成阻碍了其实际应用。三维（3D）集流体已被提出作为抑制晶须生长的有效方法。尽管已开展大量研究工作，但 3D 集流体的三个关键参数——即表面积、曲折因子和表面化学性质——对锂金属电池性能的影响仍不明确。在此，我们通过合成四种具有不同尺寸规整微通道的多孔铜网络，定量研究了这三个参数的作用。X 射线微尺度计算机断层扫描（micro-CT）使我们能够评估多孔铜材料的表面积、孔径和曲折因子。还施加了金属 Zn 涂层以研究表面化学性质对 3D 集流体性能的影响。通过扫描电子显微镜（SEM）和滴定气相色谱（TGC）详细研究了这些参数对性能的影响。随机模拟进一步使我们能够解释曲折因子在锂化中的作用。通过理解这些效应，找到了多孔铜负极关键参数的最优范围并预测了其性能。利用这些参数指导用于锂沉积的多孔铜负极设计，实现了高达 99.56% 的库仑效率（CE），从而为有效 3D 集流体系统的设计铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2102.03962,
title = {Quantitatively Designing Porous Copper Current Collectors for Lithium Metal Anode},
author = {Bingyu Lu and Edgar Olivera and Jonathan Scharf and Mehdi Chouchane and Chengcheng Fang and Miguel Ceja and Lisa Pangilinan and Shiqi Zheng and Andrew Dawson and Diyi Cheng and Wurigumula Bao and Oier Arcelus and Alejandro A. Franco and Xiaochun Li and Sarah H. Tolbert and Ying Shirley Meng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.03962},
year = {2021}
}