褶皱石墨烯笼作为高容量锂金属阳极的宿主的低温电子显微镜显示

锂(Li)金属长期以来被认为是电池阳极化学的“圣杯”，但由于其化学反应性高和体积波动大，效率低和安全性差。本文介绍了一种用于金属锂材料的新型褶皱石墨烯笼(WGC)。与最近报道的非晶碳球不同，WGC表现出了更高的力学稳定性，更好的锂离子导电性，以及优秀的固体电解质界面相(SEI)，以持续稳定的锂金属保护。在较低的面积容量下，Li金属优先沉积在石墨烯笼内。低温电子显微镜表征表明，在WGC表面形成了均匀稳定的SEI，可以保护Li金属免受电解液的直接暴露。随着面积容量的增加，金属锂被致密且均匀地镀入石墨烯笼之间的外部孔隙空间，没有枝晶生长或体积变化。结果，在0.5 mA/cm2和1-10 mAh/cm2下，商用碳酸电解质的高库伦效率(CE)达到了约98.0%，在0.5 mA/cm2和3 mAh/cm2下，高浓度电解质的CE达到了99.1%。充分的电池使用WGC电极与预储存的锂与磷酸铁锂配对显示大大改善循环寿命。在10 mAh/cm2 Li金属沉积下，WGC/Li复合阳极能够提供约2785 mAh/g的高比容量。由于其辊对辊兼容的制造工艺，WGC为下一代高能量密度二次电池中锂金属阳极的实际实现提供了一种极有前景的材料。