锂合金薄膜层保护金属锂负极的机理

摘要：

金属锂是下一代高能锂电池的首选负极材料,在其表面包覆锂合金薄膜层可以大幅度延长其循环寿命,但当前对其保护机理缺乏深入的认识.通过在金属锂箔衬底上磁控溅射制备74 nm厚的Al薄膜,采用扫描电子显微镜观察在锂沉积、锂溶解不同循环周数的锂负极的表面及截面,发现Li-Al合金混合导体保护层展现出异于纯电子导体或纯离子导体保护层的特性.锂离子在合金层的表面被还原,随即快速扩散进入锂合金层中,避免了金属锂在合金层表面的沉积,有效抑制了锂枝晶和副反应的产生.实现了将锂原子的还原和成核生长限域在负极的不同空间位置上,这种新颖的保护模式有效提高了金属锂负极的循环性能.但是,在充放电的中后期,合金层由于周期性的体积变化,出现了大量裂纹,致使电解液可以直接接触金属锂衬底,从而导致合金层的保护作用逐渐失效,电池性能快速恶化.开发具有高机械强度、高离子电导率、膜结构完整、化学反应活性低的薄膜保护层是金属锂负极商业化的必由之路.

关键词：金属锂电池、锂负极、锂合金、薄膜、溅射、保护层

所属期刊栏目：9

分类号：TM911.41

资助基金：国家自然科学基金项目21673033

在线出版日期：2020-03-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：368-374