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一箭三雕!一种超简单的新型锂箔减薄策略-凯发k8娱乐官网入口

2023-01-29 来源:ofweek锂电网

一箭三雕!一种超简单的新型锂箔减薄策略

金属锂因其最高的能量密度3860 mah g-1而被认为是锂基电池的终极负极材料

背景介绍

然而,作为负极,商用金属锂箔太厚,在全电池中能量密度难以平衡与之搭配的商用正极(这里指n/p比)

为了克服这一问题,通过增加正极厚度来提高正极的面积容量似乎是一种潜在的方法,但会导致侧的阻抗快速增加电池性能也会加速恶化。

一种可行的方法是使用薄金属锂箔(约15 μm)作为极。不幸的是,目前可用的商业锂箔通常非常厚(~50-100 μm)。如此厚的锂箔导致锂比实际用量的严重过量,这不仅意味着n/p衡,而且锂利用率相当低,加剧了锂资源的浪费。

除了用作负极,锂箔还用于预锂化负极(如硅负极),需要精确的锂补偿容量。然而,厚的锂箔难以按需分配和分散,极易导致预锂化不均匀和局部过量。鉴于此,从应用便利性和电池成本两方面考虑,开发超薄锂金属具有紧迫性和重要价值

工作介绍

华中科技大学李会巧团队利用锂和萘(naphthalene)之间的简单表面溶解反应而提出一种新的化学减薄策略。

该策略能够实现可扩展、连续、卷轴式(roll-to-roll)制备超薄锂箔。20分钟内可成功获得表面清洁且小于15 μm的锂箔。锂箔的减薄率和厚度可以通过改变浓度、温度和操作模式轻松调节。

稀释后产生的li-naph溶液可以用作具有重要价值的多功能试剂(例如:作为化学还原剂或洗涤液等用于表面清洁和其他工业处理),废液中的锂离子也可以进一步以li2co3的形式提取。

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图片来源:nano letters论文

目前,薄锂箔的常用工业技术通常借用机械轧制等物理方法制备。然而,金属锂的粘性和机械性差,给锂箔的制备带来了巨大障碍。因此,商业轧制锂箔的厚度通常为50微米至数百微米。此外,锂箔的进一步减薄需要更精确的轧制设备和高精度的控制系统,这将大大增加生产成本。

另一方面,电化学沉积在导电基板上制备微米薄锂,但其质量(如厚度、均匀性、平整度、致密性)受电解池配置、电解液配方、支撑基板材料和运行参数等复杂因素影响因此,这种方法仍然仅限于实验室水平的学术研究

作者提出的策略除了可以得到超薄锂箔产品外,剩余的li-naph副产品也具有很好的应用价值,废液中的锂资源很容易回收,表现出优越的经济性。工作为获得超薄锂箔提供了最先进的策略,为金属锂负极在未来高能量密度电池中的实际应用铺平了道路。

以下图片可以直观得到作者的思路和工艺方法,这里不再具体描述。

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不同厚度锂箔的材料成本和锂箔利用率(图片来源:nano letters论文)

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naph/dme溶液稀释法制备超薄锂箔的示意图(图片来源:nano letters论文)

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超薄锂箔的可扩展卷轴式(roll-to-roll)减薄工艺示意图(图片来源:nano letters论文)

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li-naph/dme溶液中提取锂(图片来源:nano letters论文)

li2co3的溶解度远低于na2co3,废液中的lina换并以碳酸盐的形式沉淀。

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图片来源:nano letters论文

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超薄锂箔整个生产过程中锂的循环链示意图(图片来源:nano letters论文)

附:文献链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00338?ref=pdf

 

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