A conductive-dielectric gradient framework for stable lithium metal anode

材料科学 阳极 法拉第效率 导电体 过电位 电介质 溶解 化学工程 阴极 纳米技术 电化学 复合材料 光电子学 电极 物理化学 电气工程 工程类 化学
作者
Jing Li,Peichao Zou,Sum Wai Chiang,Wentao Yao,Yang Wang,Peng Liu,Caiwu Liang,Feiyu Kang,Cheng Yang
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:24: 700-706 被引量:119
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2019.06.019
摘要

Lithium (Li) metal is one of the most promising anode materials for future high-energy-density rechargeable batteries. However, the uncontrollable growth of dendrites and the related safety issue hindered its practical application. Involving three-dimensional (3D) frameworks for hosting Li metal can provide large electrochemically active surface area and thus endow more homogeneous deposition and delay dendrite formation. But a more ideal situation for ultimately safe and high-performance Li metal based battery is to enable a gradient Li deposition/dissolution process, with the merit of effective utilization of spatial dimension to stabilize Li metal anode to achieve superior electrochemical performance. Here, we report a conductive-dielectric gradient framework which can guide a “bottom-up” Li deposition and “top-down” Li dissolution within this structure, rendering controllable and stable Li metal deposition/dissolution process. As a result, in a symmetric cell such anode can deliver stable Li metal deposition/dissolution for 780 h with a low overpotential (<20 mV) at 1 mA cm−2, and maintain superior cycle stability with a Coulombic efficiency over 95.6% even at a high current density of 8 mA cm−2. This conductive-dielectric gradient structure design paves a new avenue to stabilize Li metal anode and improve the safety level of metal anode based batteries.
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