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王超/李巨/黃云輝/張永毅EES：大面積Li-CNT膜用于鋰離子電池的精確接觸預鋰化

預鋰化是提高鋰離子電池能量密度和循環(huán)壽命的一種方法，采用薄鋰箔對石墨負極進行接觸式預鋰化是一種很有前景的技術。然而，制造5 μm以下的薄鋰箔極具挑戰(zhàn)性，因此很難實現鋰金屬的精確預鋰化。此外，純薄鋰箔還存在鋰利用率低、碎片形成和可擴展性問題等缺點。

圖1 Li-CNT膜的制備示意及表征

同濟大學王超、麻省理工學院李巨、華中科技大學黃云輝、中科院蘇州納米所張永毅等開發(fā)了一種直接刮涂法，將熔融鋰澆鑄到碳納米管（CNT）薄膜上，從而獲得超薄、超輕的Li-CNT膜, 以應對這些挑戰(zhàn)。之所以選擇碳納米管薄膜作為基底，是因為它具有優(yōu)異的機械性能、良好的電子導電性和輕質，相互連接的碳納米管網絡和碳納米管薄膜的多孔性能可以有效地傳輸電子和鋰離子。

此外，作為Li-CNT膜，碳納米管薄膜上的鋰負載是可控的，可低至0.1 mg cm^-2。用于商用電極的 Li-CNT 薄膜的比容量高于1200 mAh g^-1。

圖2 預鋰化全電池的電化學性能

得益于優(yōu)異的導電性碳納米管網絡和良好的電解液潤濕能力，鋰的利用率幾乎可以達到100%。當采用Li-CNT薄膜作為預鋰化劑時，首效（ICE）達到了與使用鋰金屬負極的LFP半電池相同的水平。這表明SEI導致的初始活性鋰離子損耗得到了完全補償。結果，LFP||Gr全電池的能量密度在首圈循環(huán)中增加了10%，在100次循環(huán)后增加了20%。

圖3 接觸式預鋰化過程的示意圖

Large-Area Lithium Metal-Carbon Nanotube Film for Precise Contact Prelithiation in Lithium-ion Batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee01725g

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