长期以来,不受控制的锂枝晶生长和循环过程中剧烈的体积变化一直阻碍着锂金属负极的实际应用。
近日,上海大学的王勇教授和杜飞虎等人通过原子层沉积(ALD)和化学气相沉积(CVD),将超薄MgF2纳米片封装在氮掺杂类石墨烯中空纳米球(MgF2NSs
NGHSs)内。由MgF2纳米片形成的均匀连续的Li-Mg固溶体可以降低锂成核过电位并诱导Li选择性沉积到NGHS的空腔中,因而极大缓解了锂枝晶的生长,以及体积变化。图1、a)MgF2NSs
NGHSs的合成过程示意图。MgF2NSsNGHSs的b)SEM和c)TEM图像。d)MgF2NSsNGHSs的HRTEM图像。e)MgF2NSsNGHSs的暗场扫描TEM图像。f)MgF2NSs的AFM图像。g)MgF2NSsNGHSs的EDX光谱。h)MgF2NSsNGHSs中C、N、Mg和F的元素分布。要点1.多孔NGNSs表现出良好的亲锂性并允许Li+通过壳层,MgF2NSs具有大的比表面积和较薄的厚度,有利于形成均匀和连续的Li-Mg合金固溶体。
要点2.形成的MgxLiy进一步降低成核过电位并诱导锂选择性沉积到NGHS的空腔中,限制了锂的生长,以缓解循环过程中的巨大体积变化,并促进生成稳定的SEI。
要点3.基于MgF2NSs
NGHSs的非对称电池能够在1mAcm-2稳定循环次,具有98.6%的库伦效率,并且对称电池能够稳定循环超过小时。基于MgF2NSsNGHSsLi和LiFePO4的全电池在1C下循环次后也表现出90.6mAhg-1的极高容量(容量保持率:65.9%),且具有优异的倍率性能(0.2、0.5、1、2、3和5C下的容量分别为.2、.5、.1、.6、.9和.3mAhg-1)。这项工作不仅为提高LMA电化学性能提供了一种独特而简便的策略,而且有可能为其他金属负极的设计提供指导。
图2、由MgF2NSs
NGHSsLi或NGHSsLi电极组成的全电池在a)0.5C、b)1C和c)各种电流下的电化学性能。d)MgF2NSsNGHSsLiLFP全电池在循环特定循环次数下的充放电曲线。
Shang-QiLi,etal.ADendrite-FreeLithiumMetalAnodeEnabledbyDesignedUltra-ThinMgF2NanosheetsEncapsulatedinsideNitrogen-DopedGraphene-LikeHollowNanospheres.Adv.Mater.,,