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图1. 金属锂在普通铜箔和通过合金修饰过的铜箔的沉积示意图。
图2.(a)铜箔上的Cu99Zn合金镀层AFM和EDS能谱表征;(b)金属锂在铜箔和Cu99Zn修饰铜箔上的初始沉积曲线,内附两种集流体锂接触角测试结果;(c)在铜箔和Cu99Zn修饰铜箔沉积0.2 mAh/cm^2金属锂的SEM图片;(d)在铜箔和Cu99Zn修饰铜箔沉积0.1 mAhcm^2金属锂的AFM图片。
金属锂在合金Cu99Zn修饰铜箔(图3)和三维铜(图4)前后的锂沉积形貌及电化学稳定性测试结果。
图3在铜箔(a)和Cu99Zn修饰铜箔(b-d)表面沉积不同量金属锂的形貌表征。由铜箔和Cu99Zn修饰铜箔组装成的对称电池(e)及库伦效率测试结果(f,g)。
图4 Cu99Zn修饰三维铜(a)及EDS元素分布(b)。在Cu99Zn修饰三维铜(图c-e)表面沉积不同量金属锂的形貌表征。三维铜和Cu99Zn修饰三维铜库伦效率测试结果(f,g)。
该工作指出,由于Cu99Zn中人造锌原子缺陷可以有效降低金属锂与集流体间的沉积界面能,将合金修饰过的集流体应用在金属锂阳极中其循环稳定性得到了显著提高。由于锂沉积可以从这些高覆盖率和原子级分布的人造锌原子缺陷中演化而来,从而可以保证金属锂在集电体上的均匀沉积。通过优化人造缺陷的化学组成及人造缺陷的含量该锂金属阳极的电化学性能会得到进一步提升。这种易放大且兼顾商业阳极集流体的表面修饰策略为锂金属阳极的应用铺平了道路。
该工作得到国家自然科学基金(Grant Nos.51502197, U1601206);天津市自然科学基金(Grant Nos. 17JCJQJC44100,15JCYBJC53100);国家青年千人计划和天津大学的资助。
Shan Liu, Xinyue Zhang, Rongsheng Li, Libo Gao, Jiayan Luo, Dendrite-free Li metal anode by lowering deposition interface energy with Cu99Zn alloy coating, Energy Storage Materials, 2018, 14, 143-148; DOI: 10.1016/j.ensm.2018.03.004
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