天达：碳纳米纤维/石墨烯纳米片复合无枝晶金属锂阳极支架

成果简介

锂金属是高能量密度锂电池的有前途的负极，但众所周知的锂枝晶生长导致的有限循环寿命和快速容量衰减严重阻碍了其应用。本文，天津大学材料学院许运华教授团队等在《Small》期刊发表名为“Lithiophilic Carbon Nanofiber/Graphene Nanosheet Composite Scaffold Prepared by a Scalable and Controllable Biofabricat”的论文，研究通过原位生物制造方法制备了一种坚固且高度亲锂的细菌纤维素衍生的碳纳米纤维@还原氧化石墨烯纳米片（BC-CNF@rGO）复合支架作为无枝晶锂金属负极的主体。丰富的亲锂官能团、导电的3D网络和优异的机械性能可以有效地调节锂的均匀成核和沉积，实现快速反应动力学，并减轻体积变化。因此，BC-CNF@rGO复合支架实现了优异的锂电镀/剥离性能，在800次循环中平均库仑效率高达98.3%， 以及在 2mAcm−2@1mAhcm−2下具有5000h的长循环寿命，具有约15mV的低过电位用于锂电镀。此外，将 BC-CNF@rGO-Li 负极与 LiFePO 4正极相结合的全电池实现了前所未有的循环稳定性，在1C下循环寿命长达3000次。这项工作为实现高性能锂金属电池提供了一种有前途的材料设计和制造策略。

图文导读

图1、BC-CNF@rGO的制备

图2、BC-CNF@rGO的表征

图3、电流密度为0.5mAcm-2 时，BC-CNF@rGO 在电镀和剥离状态下的形态演变。

图4、BC-CNF@rGO的锂电镀/剥离行为

图5、BC-CNF@rGO和铜箔经过100次电镀/剥离循环后的原始形态和结构表征。

图6、使用LiFePO 4正极和裸锂或BC-CNF@rGO-Li（预沉积容量：6 mAh cm -2）负极的全电池的电化学性能。

文献：

https://doi.org/10.1002/smll.202104735