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我校在能源材料领域研究成果入选ESI热点论文

时间:2021-03-30点击率:10


 上海市电力材料防护与新材料重点实验室李和兴教授、刘海梅教授在高性能锂金属电池方面取得重要进展,研究成果在Advanced Energy Materials (SCI一区,影响因子为25.245DOI: 10.1002/aenm.201900853)以“Lithiophilic CuO Nanoflowers on Ti-Mesh Inducing Lithium Lateral Plating Enabling Stable Lithium-Metal Anodes with Ultrahigh Rates and Ultralong Cycle Life为题报道了这一最新研究成果,并于20213月入选为高被引ESI论文和ESI热点论文。

 金属锂具有最高的理论比容量(3860 mA h/g)和最低的电化学电势(-3.04V vs. SHE),金属锂用作负极能够大幅度提升电池的能量密度,满足电动汽车等大型用电设备的对电池安全性、高能量密度和快速充电的要求。同时,金属锂适用于Li-O2Li-S等多个先进的电池体系,是下一代高能量密度锂电池的理想负极。由于金属锂负极存在锂枝晶的生长和体积膨胀的问题,阻碍了金属锂的实际应用。因此,通过设计三维宿主材料可以有效抑制锂枝晶的产生和缓解循环过程中体积膨胀,促进金属锂负极的实际应用。

 该研究首次用微波辅助自组装的方法一步制备了氧化铜纳米花包裹钛网结构的集流体。钛网具有良好的导电性、化学惰性、高强度和韧性,可以承受锂枝晶产生内部应力和电极的体积膨胀,在循环过程中结构稳定。钛网上的亲锂石墨碳层和包裹的亲锂氧化铜纳米花可以降低锂沉积过程的过电势,同时纳米花结构的氧化铜由于它较大的比表面积可以有效降低真实电流密度,抑制锂枝晶的产生。电化学测试结果表明,LCTM对称电池在10 mA cm–250mV的超低过电势稳定循环16000圈,并且在2040mA cm–2的电流密度下仍以90mV250mV的超低过电势稳定循环2000圈。与LTO组装全电池在5C10C的下循环提升了一倍的容量保持率。同时,通过系统研究发现,在亲锂氧化铜纳米花的作用下,锂的沉积行为从竖直方向转变成水平方向。这一工作为金属锂负极金属基底上实现快充提供了新思路,展现了高能量密度锂金属电池的巨大潜力。



 该工作得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、上海市科委以及上海市电力材料防护与新材料重点实验室的支持。