3D Micro‐Network Li/Al 4 Li 9 Composite Anodes Constructed by One‐Step Melt‐Spinning for High Energy Density Lithium Metal Batteries

阳极 材料科学 复合数 电解质 锂(药物) 微观结构 成核 合金 化学工程 复合材料 电流密度 金属 降级(电信) 电化学 电极 金属锂
作者
Chenxing Wang,Yanxia Liu,W. J. Liu,Mingdong Du,Mingyu Shi,Mingchang Zhang,Yaxiong Yang,Wubin Du,Chenchen Li,Fulai Qi,Shengnan He,Xu Xue,Chao Zheng,Jiantuo Gan,Qinqin Ruan,Mingxia Gao,Zhijun Wu,Hongge Pan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.71402
摘要

ABSTRACT Lithium‐metal anodes are hindered by inhomogeneous lithium plating/stripping, interfacial side reactions, and volume expansion. The lithium alloy anodes are considered an effective strategy to resolve these problems, but they suffer from structural degradation during cycling. Herein, a 3D micro‐network Li/Al 4 Li 9 composite anode is fabricated via one‐step melt‐spinning. The microstructure evolution of the alloy ribbons is studied systematically by tuning the cooling conditions. Ultimately, a uniform Li/Al 4 Li 9 composite anode with a 3D micro‐network is achieved at a copper roller speed of 2200 rpm. The intrinsic Li/Al 4 Li 9 composite anode structure provides synergistic functions: first, the interconnected micro‐network provides continuous electron/ion transport pathways and abundant reaction interfaces, which lowers the nucleation barrier and uniform lithium plating/stripping; second, the Li/Al 4 Li 9 composite anode with Al 4 Li 9 skeleton shows high Young's modulus, which buffers volume expansion and uniform stress distribution. In situ optical microscopy and post‐cycling SEM images confirm the Li/Al 4 Li 9 composite anode exhibits excellent mitigate structural degradation ability. The Li/Al 4 Li 9 ||Li/Al 4 Li 9 cells in ether‐based electrolyte demonstrate stable cycling for 1600 h at 1 mA cm − 2 , 1 mAh cm − 2 , and Li/Al 4 Li 9 ||LiFePO 4 cells in carbonate‐based electrolyte retain 81.7% capacity after 204 cycles at 0.5 C. Impressively, the Li/Al 4 Li 9 composite anode is a promising anode for high‐energy‐density lithium metal batteries.
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