【摘 要】
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锂离子电池（LIB）作为高效储能器件,被广泛应用于便携电子设备和电动汽车领域。但是,经过三十年的探索,锂离子电池的能量密度已很难进一步提升,无法满足现代新兴应用对电池性能的要求。因此,急需探索新型高比能正负极材料。锂金属因其理论比容量高达3860 mA h g-1、还原电势低至-3.04 V而受到关注,被视为下一代最有潜力的高比能负极之一。但锂金属作为负极存在以下几个关键问题:一是如何有效地抑制锂
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锂离子电池（LIB）作为高效储能器件,被广泛应用于便携电子设备和电动汽车领域。但是,经过三十年的探索,锂离子电池的能量密度已很难进一步提升,无法满足现代新兴应用对电池性能的要求。因此,急需探索新型高比能正负极材料。锂金属因其理论比容量高达3860 mA h g-1、还原电势低至-3.04 V而受到关注,被视为下一代最有潜力的高比能负极之一。但锂金属作为负极存在以下几个关键问题:一是如何有效地抑制锂枝晶的生长,避免锂枝晶刺穿隔膜造成短路等安全隐患;二是锂的无主体性,在电镀/剥离的过程中产生极大的体积变化,导致电极结构破坏;三是锂活性强,易与电解质产生反应,造成电解质的不断消耗。研究表明,在集流体上进行电极结构的改进和界面工程设计可有效解决上述问题,采用三维集流体结构替代平面型集流体,通过三维的多孔结构控制锂的均匀沉积,可有效抑制锂枝晶的生长。因此针对锂金属负极,开展集流体成分与结构的探索和集流体表面的合理改性具有科学意义和应用价值。本文为解决锂金属负极存在的问题,采用了成本更低、亲锂性更加良好的黄铜箔（相对于铜箔）作为集流体,提出了实现锂金属均匀沉积的新策略。通过对黄铜集流体进行表面修饰明显提高锂金属负极的电化学性能。采取简单的热处理工艺制备了表面具有均匀氧化锌（ZnO）位点的黄铜箔。此黄铜箔集流体在3.5 mA h cm-2的面容量下,可使金属锂稳定循环80圈（640 h）并拥有良好的库伦效率。在9 mA h cm-2的面容量下,可使金属锂稳定循环40圈（800 h）。采用磷酸铁锂（LiFePO4）正极与改性黄铜箔负极装配成的Li/brass-400@LFP全电池,在0.5 C倍率下表现出高的放电比容量(147 mA h g-1),并具有良好的容量保持率和循环性能。后又将该负极与PANS正极装配成Li/brass-400@PANS全电池,在0.2 C倍率下可发挥出1100 mA h g-1的放电比容量,拥有良好的容量保持率,展现了该黄铜改性集流体在金属锂电池中的应用潜力。
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