Nature Commun | 納米金剛石作為整平劑,抑制鋰枝晶生長

2021-02-12 材聲到

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Nanodiamonds suppress the growth of lithium dendrites，Nature Communications，doi: 10.1038/s41467-017-00519-2 。第一作者：Xin-Bing Cheng, 通訊作者：張強，清華大學；Yury Gogotsi，美國 Drexel University。

鋰金屬負極具有最高的理論比容量和最負的電勢，被認為是未來高能量二次電池的首選負極材料。然而，鋰金屬在充放電循環中會形成枝晶，降低了其庫侖效率並導致一系列安全隱患。

在這篇文章中，作者指出，在電鍍工業中，研究者開發了一系列方法來抑制金屬枝晶生長，而納米金剛石就是一種整平劑。其原理是：金屬離子首先吸附在納米金剛石上，在電場作用下遷移到陰極表面、發生還原反應，納米金剛石或釋放到溶液中、或進入金屬鍍層中。受此啟發，作者將納米金剛石羧酸化、用十八胺修飾後，作為 LiPF6-EC/DEC 電解液添加劑，與鋰離子共沉積，從而抑制鋰枝晶生長。第一性原理計算表明，鋰更傾向於吸附在具有更低擴散能壘的納米金剛石表面，因而使得鋰的沉積更均勻。電解液中加入納米金剛石後，鋰金屬負極的循環性能得到改善，在 2.0 和 1.0 mA cm-2 的電流密度下，Li | Cu 電池壽命分別達到 150 h 和 200 h。

圖1 納米金剛石電解液的性質

圖2 恆流電沉積鋰之後的形貌

圖3 第一性原理計算

圖4 多周循環穩定性

圖5 鋰離子和納米金剛石共沉積的示意圖

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