A Li3P nanoparticle dispersion strengthened ultrathin Li metal electrode for high energy density rechargeable batteries

材料科学 阳极 阴极 电极 电化学 箔法 复合数 纳米颗粒 复合材料 纳米技术 制作 锂(药物) 化学工程 化学 病理 物理化学 内分泌学 工程类 医学 替代医学
作者
Lin Fu,Xiancheng Wang,Bao Zhang,Zihe Chen,Yuanjian Li,Yongming Sun
出处
期刊:Nano Research [Springer Science+Business Media]
卷期号:17 (5): 4031-4038 被引量:23
标识
DOI:10.1007/s12274-023-6275-9
摘要

Achievement of lithium (Li) metal anode with thin thickness (e.g., ≤ 30 µm) is highly desirable for rechargeable high energy density batteries. However, the fabrication and application of such thin Li metal foil electrode remain challenging due to the poor mechanical processibility and inferior electrochemical performance of metallic Li. Here, mechanico-chemical synthesis of robust ultrathin Li/Li3P (LLP) composite foils (∼ 15 µm) is demonstrated by employing repeated mechanical rolling/stacking operations using red P and metallic Li as raw materials. The in-situ formed Li+-conductive Li3P nanoparticles in metallic Li matrix and their tight bonding strengthen the mechanical durability and enable the successful fabrication of free-standing ultrathin Li metal composite foil. Besides, it also reduces the electrochemical Li nucleation barrier and homogenizes Li plating/stripping behavior. When matching to high-voltage LiCoO2, the full cell with a low negative/positive (N/P) capacity ratio of ∼ 1.5 offers a high energy density of ∼ 522 W·h·kg−1 at 0.5 C based on the mass of cathode and anode. Taking into account its facile manufacturing, potentially low cost, and good electrochemical performance, we believe that such an ultrathin composite Li metal foil design with nanoparticle-dispersion-strengthened mechanism may boost the development of high energy density Li metal batteries.
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