哈工大：变形驱动冶金制备Cu-碳纳米管集电体，用于锂金属电池

　　成果简介

　　可充电的无阳极金属锂电池（AFLMB）具有更好的能量密度和更低的成本，有利于排放峰值和碳中和。本文，哈尔滨工业大学黄永宪教授团队在《Carbon》期刊发表名为“Cu-CNTs rrent collector fabricated by deformation-driven metallurgy for anode-free Li metal batteries”的论文，研究提出了通过变形驱动冶金（DDM）技术实现的多壁增强铜基复合材料（Cu-CNT），以恢复AFLMB中集电器（CC）的亲锂性。

　　基于严重塑性变形原理，实现了具有大量晶界和断裂CNT均匀分布的细粒Cu CNT，因为CNT抑制位错滑动和晶界迁移。具有低尺寸分布梯度的细粒度Cu-CNT中的晶界由于其较高的无序度和活性状态而提供了理想的成核位点。断裂的CNT表现出优异的亲锂性，其用于锂离子插入的层状结构有助于均匀的锂沉积。由Cu-CNTs CC与2 2 vol.% CNTs组装的半显示出先进的循环稳定性，在1.0 mA·cm?2下500次循环后，平均库仑效率为97.8%。具有LiFePO4阴极的全电池在0.5℃下100次循环后具有69.4%的优异容量保持率。这项工作为制造CC提供了一种新的策略，以实现AFLMB未来应用的优异电化学性能。

　　图文导读

　　图1. 制备过程的示意图：（a）DDM方法的示意图。(b) 铜箔和Cu-CNTs材料表面的Li沉积过程和形态的比较

　　图2. Cu CC的成分和结构表征

　　图3。在DME/DOL（1:1 v/v）中，以3.0wt.%LiNO3为电解质，在1.0mA·cm?2下，使用1M LITFSI的无Li||Cu半电池的性能

　　图4. （a-c）、Cu-0CNTs（d-f）、Cu-2CNTs（g-i）和Cu-5CNTs（j-l）在电流密度为1.0 mA?cm-2，以不同倍数循环3次后，锂的成核和沉积形态的SEM图像对比。

　　图5. (a) 在1.0 mA?cm-2的条件下，用1M LITFSI在DME/DOL（1:1 v/v）中日本据与3.0 wt.% LiNO3作为电解质记录的Li||Cu-2CNTs循环伏安图。

　　(b) 电化学阻抗光谱（EIS）测量的等效电路。

　　(c) 循环后在1.0 mA?cm-2电流密度下分别对铜箔、0CNT锂、2CNT锂和5CNT锂半电池进行EIS测量。

　　图6. 室温下用1M LITFSI在DME/DOL（1:1 v/v）中以3.0wt.% LiNO3作为电解质的无阳极Cu||LFP全电池的电化学性能

　　小结

　　通过DDM提供的严重塑性变形，成功制造了具有稳定循环性能的Cu-CNTs CC。亲锂的CNTs均匀地分布在Cu基体中，以钉住位错并抑制晶界的迁移。它有助于形成具有低分布梯度的细小晶粒，这有利于提供更多的Li成核点。由Cu-2CNTs组装的半电池显示出均匀的锂沉积形态和出色的循环稳定性，在1.0 mA?cm-2下循环500次后平均CE为97.8%。Cu-2CNTs||LFP的全电池在0.5℃下循环100次后表现出69.4%的出色容量保持率。

　　文献：

　　https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.12.074