纳米人-AFM：Cu集电器的表面改性助力无负极Li2S电池的高动力学性能

AFM：Cu集电器的表面改性助力无负极Li2S电池的高动力学性能

Nanoyu Nanoyu 2021-11-13

无负极Li₂S是一种很有前途的电池系统，它可以提高体积能量密度。然而，在高电流密度下，无负极Li₂S的容量衰减严重。

基于此，浦项科技大学Byoungwoo Kang，Jin Kon Kim，韩国光云大学Minkyung Kim报道了研究了集电器对无负极Li₂S电池金属锂电镀/剥离的影响。

文章要点

1）由于锂金属的成核和生长发生在集电器的表面，其表面特性对无负极电池的电化学性能起着至关重要的作用。为了理解这些影响，研究人员使用了四种表面特性不同的Cu集电器，这取决于自然氧化物或粗糙度的存在，或者两者兼而有之。

2）研究发现，去除自然氧化物后，铜箔的动力学性能明显改善，即使在10 C倍率下（11.66 A g⁻¹），放电容量也达到了312 mAh g⁻¹。此外，自然氧化物的去除显著提高了循环稳定性。铜箔上自然氧化物的去除改善了循环性能，在1 C下120次循环容量保持率为64.8%。

3）研究发现，金属表面的天然氧化物，如CuO，与溶解在电解液中的多硫化物发生反应，显著影响了锂金属的沉积。该反应在Cu表面形成一层电绝缘的Li₂SO₄层，导致较高的Li欠电位，并可导致Li金属成核的第一阶段多硫化物消耗，导致多孔的Li金属沉积。因此，铜箔上的天然氧化物对无负极Li₂S电池的动力性能和循环性能都有重要影响。此外，研究人员还发现在无负极Li₂S电池中，表面粗糙度优先影响锂金属的溶解，而不是锂金属的沉积。溶解后，在光滑Cu表面观察到比粗糙Cu表面更致密的Li形态。因此，在无负极Li₂S电池中，表面粗糙度显著影响循环稳定性。

4）从实用的角度来看，在Li成核欠电位最低的铜箔上，无负极Li₂S全电池的负载密度提高了4.5 mg cm⁻²。在较快的1 C倍率下，高负荷无负极Li₂S电池可逆工作良好，在C/3下循环50次，容量可达484 mAh g⁻¹，容量保持率为73.2%。

在无负极Li₂S电池中，集电体的表面性质，特别是自然氧化物，不仅对锂的成核和沉积形态有重要影响，而且对电池的动力学电化学性能也有很大的影响。