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華科孫永明AEM：刮刀法制備超薄鋰金屬電極，電池能量密度達662.4 Wh/kg!

采用具有與當前正極匹配的容量和改進的電化學剝離/電鍍行為的超薄鋰金屬負極在實現高能量密度電池方面起著關鍵作用。然而，由于金屬鋰的加工性能較差，使用常規冷軋工藝制造方法仍然具有挑戰性。

為此，華中科技大學孫永明教授等人探索了一種簡便的熔融金屬刮刀鑄造方法，以在具有親鋰Sn界面層的常規電池Cu集流體上制造厚度范圍為10~50 μm的均勻金屬鋰層。

Li與自發形成的Li-Sn合金之間增強的表面潤濕性有助于實現均勻擴散，并形成超薄且均勻的金屬Li層。通過控制鋰的含量，制備的金屬鋰電極的面積容量可以精確地控制在2~10 mA h cm^-2之間變化（對應于10~50 μm的厚度）。

圖1. 超薄Li/Li-S電極的制備過程及表征

Li-Sn合金作為親鋰位點，顯著降低了金屬鋰的電化學成核勢壘，調節了鋰的電鍍/脫鋰行為，從而減輕了金屬鋰的枝晶生長并提高了庫倫效率。因此，具有這種超薄鋰金屬電極的Li||Li對稱電池在1 mA cm^-2和1 mA h cm^-2下表現出超過900小時的穩定電鍍/剝離循環和較低的過電位（≈11 mV），而基于裸鋰金屬電極的電池僅能循環380小時。

通過將超薄鋰金屬負極與LiCoO₂正極配對，全電池表現出662.4 Wh kg^-1的高能量密度并且在2/1的低N/P比下增強了循環穩定性。這項工作探索了使用簡便的刮刀鑄造方法構建用于高能量密度可充電電池的超薄金屬鋰負極的可能性。

圖2. 全電池配置中超薄Li/Li-Sn電極的實用性

Doctor-Blade Casting Fabrication of Ultrathin Li Metal Electrode for High-Energy-Density Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102259

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