常熟理工耿洪波、曹亮&东北师大吴兴隆AM: “治标且治本”多功能锂金属复合电极设计助力大放电深度、高倍率、长循环稳定的锂金属电池

主要观点总结

本文研究了兼具高离子电导率、高亲锂性的无机锂盐Li 2 S和Li x Sn y 合金在提高锂金属电池循环寿命中的应用。研究者通过一种新颖的熔体注入策略，利用SnS 2 作为“溶质”，液态熔融锂作为“溶剂”，设计了一种多功能复合负极。该复合电极以SnS 2 纳米粉末为“溶质”，液态熔融锂为“溶剂”，通过简易且低成本的粉末熔锂浇注-机械辊压手段制备，内部原位构筑的多孔三维框架有助于电解液的快速渗透，并缓解反复沉积/剥离反应过程的体积膨胀。该复合电极表现出良好的电化学性能，具有高的循环稳定性和倍率性能。此外，与磷酸铁锂正极匹配制备的软包全电池也表现出优异的性能。这项研究为实用化高比能锂金属电池的开发提供了重要的思路参考和经验借鉴。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

近年来，锂金属电池作为高比能量电池体系的代表，因其高能量密度而备受关注。然而，锂金属负极电镀过程中的不均匀性、体积膨胀大、锂枝晶不可控生长以及死锂积累等问题阻碍了其实际应用。

关键观点2: 工作介绍

常熟理工学院耿洪波教授、曹亮副教授联合东北师范大学吴兴隆教授通过一种新颖的熔体注入策略，设计了一种多功能复合负极，用于提高锂金属电池的稳定性。该复合电极通过简易且低成本的粉末熔锂浇注-机械辊压手段制备。

关键观点3: 电极设计

该复合电极以SnS 2 纳米粉末为“溶质”，液态熔融锂为“溶剂”，内部原位构筑的多孔三维框架（Li 2 S/Li 22 Sn 5 ）有助于电解液的快速渗透，并缓解反复沉积/剥离反应过程的体积膨胀。

关键观点4: 电化学性能

该多功能Li/SnS 2 复合电极在半电池、对称电池中都表现出优异的电化学性能，具有高的循环稳定性和倍率性能。在超高电流密度下，复合电极可稳定沉积和剥离超过6500小时。

关键观点5: 实际应用

为了验证Li/SnS 2 锂金属复合负极的实际应用潜力，研究者通过匹配磷酸铁锂正极制备了软包全电池，表现出更小的电压迟滞、更大的响应电流、更优异的倍率性能和长循环寿命。在2C超大电流密度下，经过2000次充放电循环后，其可逆容量达到86.7 mAh/g，容量保持率高达82%。

文章预览

【研究背景】 近年来，随着电动汽车续航里程焦虑的日渐凸显，锂金属电池作为高比能量电池体系的代表重新成为了研究焦点。然而，锂金属负极电镀过程中的不均匀性、体积膨胀大、锂枝晶不可控生长以及死锂积累等问题严重阻碍了锂金属电池的实际应用。截止目前，许多抑制锂枝晶生长的策略已付诸实践并取得了一定的研究进展，包括三维亲锂宿主、高浓度电解液、电解液添加剂、固态电解质以及人造SEI膜。实现无枝晶锂金属负极的商业化是一项重大的挑战，需针对关键问题展开更细致深入的研究。相较于上述改性策略，从锂金属负极材料本体出发，通过调控其结构和成分有望从根本上改善锂金属负极电镀过程中的均匀性和稳定性，从而提高锂金属电池的循环寿命。兼具高离子电导率、高亲锂性的无机锂盐Li 2 S和Li x Sn y 合金被广泛认为是有 ………………………………