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In Situ Inorganic/Organic Protective Layer on Carbon Paper as Advanced Current Collector for Robust Li Metal Anode
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2024-09-09 , DOI: 10.1002/smll.202404835 Youpeng Li 1 , Haofan Duan 2 , Shuqin He 2 , Junxian Li 2 , Yang Hu 1, 3 , YuTing Li 2 , Shijie Wu 2 , Heng Wu 2 , Guobao Xu 2 , Gang Wang 2
Small ( IF 13.0 ) Pub Date : 2024-09-09 , DOI: 10.1002/smll.202404835 Youpeng Li 1 , Haofan Duan 2 , Shuqin He 2 , Junxian Li 2 , Yang Hu 1, 3 , YuTing Li 2 , Shijie Wu 2 , Heng Wu 2 , Guobao Xu 2 , Gang Wang 2
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Lithium (Li) metal is regarded as the most promising anode for next-generation batteries with high energy density. However, the uncontrolled dendrite growth and infinite volume expansion during cycling seriously hinder the application of Li metal batteries (LMBs). Herein, an inorganic/organic protective layer (labeled as BPH), composed of in situ formed inorganic constituents and PVDF-HFP, is designed on the 3D carbon paper (CP) surface by hot-dipping method. The BPH layer can effectively improve the mechanical strength and ionic conductivity of the SEI layer, which is beneficial to expedite the Li-ion transfer of the entire framework and achieve stable Li plating/stripping behavior. As a result, the modified 3D CP (BPH-CP) exhibits an ultrahigh average Coulombic efficiency (CE) of ≈99.7% over 400 cycles. Further, the Li||LiFePO4 (LFP) cell exhibits an extremely long-term cycle life of over 3000 cycles at 5 C. Importantly, the full cell with high mass loading LiFePO4 (20 mg cm−2) or LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM, 16 mg cm−2) cathode exhibits stable cycling for 100 or 150 cycles at 0.5 C with high-capacity retention of 86.5% or 82.0% even at extremely low N/P ratio of 0.88 or 0.94. believe that this work enlightens a simple and effective strategy for the application of high-energy-density and high-rate-C LMBs.
中文翻译：
碳纸上的原位无机/有机保护层作为用于坚固锂金属负极的先进集流体
锂 （Li） 金属被认为是最有前途的下一代高能量密度电池负极。然而，循环过程中不受控制的枝晶生长和无限体积膨胀严重阻碍了锂金属电池 （LMBs） 的应用。在此，通过热浸法在 3D 碳纸 （CP） 表面上设计了由原位形成的无机成分和 PVDF-HFP 组成的无机/有机保护层（标记为 BPH）。BPH 层可以有效提高 SEI 层的机械强度和离子电导率，有利于加快整个框架的锂离子转移，实现稳定的镀锂/剥离行为。因此，改性的 3D CP （BPH-CP） 在 400 次循环中表现出 ≈99.7% 的超高平均库仑效率 （CE）。此外，Li||LiFePO4 （LFP） 电池在 5 C 下表现出超过 3000 次循环的极长期循环寿命。重要的是，具有高质量负载 LiFePO4 （20 mg cm-2） 或 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 （NCM， 16 mg cm-2） 阴极的全电池在 0.5 C 下表现出 100 或 150 次循环的稳定循环，即使在 0.88 或 0.94 的极低 N/P 比下，也能保持 86.5% 或 82.0% 的高容量保持率。相信这项工作为高能量密度和高倍率 C LMBs 的应用提供了一种简单有效的策略。
更新日期：2024-09-09
中文翻译：
碳纸上的原位无机/有机保护层作为用于坚固锂金属负极的先进集流体
锂 （Li） 金属被认为是最有前途的下一代高能量密度电池负极。然而，循环过程中不受控制的枝晶生长和无限体积膨胀严重阻碍了锂金属电池 （LMBs） 的应用。在此，通过热浸法在 3D 碳纸 （CP） 表面上设计了由原位形成的无机成分和 PVDF-HFP 组成的无机/有机保护层（标记为 BPH）。BPH 层可以有效提高 SEI 层的机械强度和离子电导率，有利于加快整个框架的锂离子转移，实现稳定的镀锂/剥离行为。因此，改性的 3D CP （BPH-CP） 在 400 次循环中表现出 ≈99.7% 的超高平均库仑效率 （CE）。此外，Li||LiFePO4 （LFP） 电池在 5 C 下表现出超过 3000 次循环的极长期循环寿命。重要的是，具有高质量负载 LiFePO4 （20 mg cm-2） 或 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 （NCM， 16 mg cm-2） 阴极的全电池在 0.5 C 下表现出 100 或 150 次循环的稳定循环，即使在 0.88 或 0.94 的极低 N/P 比下，也能保持 86.5% 或 82.0% 的高容量保持率。相信这项工作为高能量密度和高倍率 C LMBs 的应用提供了一种简单有效的策略。
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