【摘 要】
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以锂和钾为代表的碱金属负极由于具有极高的理论比容量(Li:3860 m Ah g-1,K:685 m Ah g-1),极低的氧化还原电位,有望替代目前商业电池中低容量的石墨负极,具有非常可观的发展前景。然而,在充放电过程中,碱金属负极表面不均匀的离子流容易引起金属不均匀沉积,造成不可控的枝晶生长,使电池产生安全隐患。为了解决这些问题,实现碱金属负极在高比容量电池中的实际应用,重点在于调控金属离子的
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以锂和钾为代表的碱金属负极由于具有极高的理论比容量(Li:3860 m Ah g-1,K:685 m Ah g-1),极低的氧化还原电位,有望替代目前商业电池中低容量的石墨负极,具有非常可观的发展前景。然而,在充放电过程中,碱金属负极表面不均匀的离子流容易引起金属不均匀沉积,造成不可控的枝晶生长,使电池产生安全隐患。为了解决这些问题,实现碱金属负极在高比容量电池中的实际应用,重点在于调控金属离子的均匀沉积,缓解体积膨胀。本文围绕高性能无枝晶碱金属负极的设计与调控进行了以下研究,获得了优异的电化学性能。（1）通过真空蒸镀方法在细菌纤维素表面引入银层,制备了亲锂-疏锂梯度复合膜（Ag@BC）,将该梯度复合膜作为夹层材料引入锂金属界面层。含有银层的表面具有良好的亲锂性,构建了均匀的锂离子沉积通道,疏锂侧为循环过程中的体积变化提供了空间。电化学测试结果表明,该梯度复合膜修饰的锂金属负极在2 m A cm-2,1 m Ah cm-2的条件下能够稳定循环1500小时以上,与Li Fe PO4正极材料匹配后在2 C电流密度下可以稳定循环5000圈。（2）通过高温煅烧方法将细菌纤维素碳化为自支撑碳纤维纸（CBC）,并利用简单的熔融浸渍方法制备了三维复合钾金属负极。在CBC表面大量含氧官能团与较细的纤维直径产生毛细力的协同作用下,CBC表现出对钾的自发浸润性。电化学测试结果表明,在0.5 m A cm-2,0.5 m Ah cm-2的条件下,该复合钾金属负极可稳定循环长达1400小时,且在大电流密度条件(2 m A cm-2,5 m A cm-2)下,该复合负极仍表现出稳定的循环。
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