一箭三雕！一種超簡(jiǎn)單的新型鋰箔減薄策略

一箭三雕！一種超簡(jiǎn)單的新型鋰箔減薄策略

金屬鋰因其最高的能量密度（3860 mAh g-1）而被認(rèn)為是鋰基電池的終極負(fù)極材料。

背景介紹

然而，作為負(fù)極，商用金屬鋰箔太厚，在全電池中能量密度難以平衡與之搭配的商用正極（這里指N/P比）。

為了克服這一問題，通過增加正極厚度來提高正極的面積比容量似乎是一種潛在的方法，但會(huì)導(dǎo)致正極側(cè)的阻抗快速增加，電池性能也會(huì)加速惡化。

另一種可行的方法是使用薄金屬鋰箔（約15 μm）作為負(fù)極。不幸的是，目前可用的商業(yè)鋰箔通常非常厚（~50-100 μm）。如此厚的鋰箔導(dǎo)致鋰的比實(shí)際用量的嚴(yán)重過量，這不僅意味著N/P失衡，而且鋰?yán)寐氏喈?dāng)?shù)停觿×虽囐Y源的浪費(fèi)。

除了用作負(fù)極，鋰箔還用于預(yù)鋰化負(fù)極（如硅負(fù)極），需要精確的鋰補(bǔ)償容量。然而，厚的鋰箔難以按需分配和分散，極易導(dǎo)致預(yù)鋰化不均勻和局部過量。鑒于此，從應(yīng)用便利性和電池成本兩方面考慮，開發(fā)超薄鋰金屬具有緊迫性和重要價(jià)值。

工作介紹

華中科技大學(xué)李會(huì)巧團(tuán)隊(duì)利用鋰和萘（naphthalene）之間的簡(jiǎn)單表面溶解反應(yīng)而提出一種新的化學(xué)減薄策略。

該策略能夠?qū)崿F(xiàn)可擴(kuò)展、連續(xù)、卷軸式（roll-to-roll）制備超薄鋰箔。20分鐘內(nèi)可成功獲得表面清潔且小于15 μm的鋰箔。鋰箔的減薄率和厚度可以通過改變濃度、溫度和操作模式輕松調(diào)節(jié)。

稀釋后產(chǎn)生的Li-Naph溶液可以用作具有重要價(jià)值的多功能試劑（例如作為化學(xué)還原劑或洗滌液等用于表面清潔和其他工業(yè)處理），廢液中的鋰離子也可以進(jìn)一步以Li2CO3的形式提取。

圖片來源NANO Letters論文

目前，薄鋰箔的常用工業(yè)技術(shù)通常借用機(jī)械軋制等物理方法制備。然而，金屬鋰的粘性和機(jī)械性差，給薄鋰箔的制備帶來了巨大障礙。因此，商業(yè)軋制鋰箔的厚度通常為50微米至數(shù)百微米。此外，鋰箔的進(jìn)一步減薄需要更精確的軋制設(shè)備和高精度的控制系統(tǒng)，這將大大增加生產(chǎn)成本。

另一方面，電化學(xué)沉積可在導(dǎo)電基板上制備微米級(jí)薄鋰箔，但其質(zhì)量（如厚度、均勻性、平整度、致密性）受電解池配置、電解液配方、支撐基板材料和運(yùn)行參數(shù)等復(fù)雜因素的影響。因此，這種方法仍然僅限于實(shí)驗(yàn)室水平的學(xué)術(shù)研究。

作者提出的策略除了可以得到超薄鋰箔產(chǎn)品外，剩余的Li-Naph副產(chǎn)品也具有很好的應(yīng)用價(jià)值，廢液中的鋰資源很容易回收，表現(xiàn)出優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性。該工作為獲得超薄鋰箔提供了最先進(jìn)的策略，為金屬鋰負(fù)極在未來高能量密度電池中的實(shí)際應(yīng)用鋪平了道路。

以下圖片可以直觀得到作者的思路和工藝方法，這里不再具體描述。

不同厚度鋰箔的材料成本和鋰箔利用率（圖片來源NANO Letters論文）

Naph/DME溶液稀釋法制備超薄鋰箔的示意圖（圖片來源NANO Letters論文）

超薄鋰箔的可擴(kuò)展卷軸式（roll-to-roll）減薄工藝示意圖（圖片來源NANO Letters論文）

從Li-Naph/DME溶液中提取鋰（圖片來源NANO Letters論文）

Li2CO3的溶解度遠(yuǎn)低于Na2CO3，廢液中的Li+被Na+置換并以碳酸鹽的形式沉淀。

圖片來源NANO Letters論文

超薄鋰箔整個(gè)生產(chǎn)過程中鋰的循環(huán)鏈?zhǔn)疽鈭D（圖片來源NANO Letters論文）

附文獻(xiàn)鏈接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00338?ref=PDF