【金属锂】AEM: 碳纳米管提高金属锂的无压剥离容量

金属锂负极是开发固态电池的关键负极材料，这是因为其成功应用将极大地提高电池的能量和功率密度。然而，金属锂剥离过程中的负极接触损耗会导致电镀时出现树状枝晶，并导致后续的电池故障。近日，美国密歇根大学Jeff Sakamoto与德国吉森大学Felix H. Richter和Jürgen Janek等报道了金属锂和碳纳米管（CNT）复合负极在石榴石型固体电解质（SE）中的溶解动力学。

文章要点

1） 研究人员通过制造碳纳米管复合材料研究了锂金属负极电化学和机械性能的可调性。结果表明通过将锂溶解从直接电极/电解质二维界面扩展到三维Li-CNT网络可以实现在小于1MPa的低压下面剥离容量的20倍的提升。具体数值为在100uA/cm ² 的电流密度下能够实现高达25mAh/cm ² 的面剥离容量。这相当于以Li-CNT30计算的理论容量的60%。

2） 冷冻聚焦离子束扫描电镜获得的横截面显微照片证明，在复合材料中的CNT引导下，金属锂负极本体内发生剥离。CNT框架显然有助于在剥离期间保持与LLZO的电接触。此外，复合负极材料中的有效扩散系数增加了两倍。复合材料的维氏硬度和弹性模量相对于纯锂分别增加到近60 MPa和12 GPa，分别增加了八倍和60%。

参考文献

Till Fuchs et al, Increasing the Pressure-Free Stripping Capacity of the Lithium Metal Anode in Solid-State-Batteries by Carbon Nanotubes, Advanced Energy Materials, 2022

DOI: 10.1002/aenm.202201125

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202201125?af=R