我院生物能源研究所郑志锋教授团队在《Energy Storage Materials》发表论文
发布者:陈源 发布时间:2019-12-10 浏览次数:2196

我院郑志锋教授研究团队在材料类顶级期刊《Energy Storage Materials》(即时影响因子CiteScore 15.09Top期刊)期刊发表题为“Flexible Lignin Carbon Membranes with Surface Ozonolysis to Host Lean Lithium Metal Anodes for Nickel-Rich Layered Oxide Batteries”的研究论文。郑志锋教授是我院于2018年引进的闽江学者特聘教授,主要研究方向为生物质资源高效转化制备生物基材料、燃料与化学品,先进碳材料与储能,为该论文的共同通讯作者,郑志锋教授与东北林业大学材料科学与工程学院联合培养的博士生陶磊为论文第一作者,厦门大学(福建省生物质高值化技术工程研究中心)为第一完成单位。

锂金属负极具有极高的理论容量(3860 mAh/g)和极低的电化学电位 (-3.04V 对于标准氢电极),被誉为是最具前景的下一代高能量密度电池的“圣杯”。然而锂金属极其活泼的天性使其在循环过程中肆意生长锂枝晶,导致SEI膜不稳定,体积膨胀,甚至会刺穿隔膜,引发电池使用的安全问题。由于锂金属本身没有“宿主”材料,因此这也就意味着其循环过程中无限的相对体积膨胀,而轻质多孔碳骨架的引入可以显著均匀化电场分布,减低电流密度,并抑制锂枝晶的生长,从而进一步稳定SEI膜,提高锂金属的库伦效率。

鉴于此,郑志锋教授团队开发了一种自支撑的柔性木素基氧化碳膜。这种轻质的柔性碳膜表面富含亲锂官能团,可以调控锂初始成核,形成一层均匀的锂纳米颗粒种子层;然后进一步诱导后续锂均匀地生长。这种碳膜的主要优势可归因于以下几点:(1)三维多孔骨架结构为容纳锂金属提供了极大有效容积,可以缓解循环过程中的体积膨胀;(2)碳膜自身具有高的比表面积,有利于减小局部电流密度,从而显著改善了枝晶生长状况;(3)碳膜表面富含亲锂性官能团,降低了表面结合能,促进锂离子流均匀分布,成核和生长,从而利于锂金属良好沉积;(4)碳膜来源于可再生的生物质资源,价格低廉,易于生产。

 

在这项工作中,研究人员首次将柔性木素基碳膜引入到复合锂金属负极中。实验表明这种复合电极在促进锂离子均匀沉积剥离的同时又能有效地形成较稳定的SEI膜;实验还证明该电极材料具有低极性和优异的循环稳定特性。同时,该贫锂复合负极(极低的负载锂量)与高负载量的正极材料NMC811CLi : CNMC811=3:1.6)组装成全电池能正常循环,证明其在实际电池体系中的应用潜力。

该工作得到了国家自然科学基金面上项目(No.31870570, No.31670599)、厦门大学闽江学者特聘教授科研启动项目基金共同资助。

全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719309420?via%3Dihub