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    ZnO修飾的3D生物質(zhì)多孔碳用于鋰金屬電池負(fù)極的性能

    2020-12-18 06:26:52龔亮張鐸江晨浩沈康唐誼平
    關(guān)鍵詞:脫脂棉庫(kù)侖負(fù)極

    龔亮,張鐸,江晨浩,沈康,唐誼平

    (1.浙江工業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與資產(chǎn)管理處,浙江杭州,310014;2.浙江工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,浙江杭州,310014)

    隨著3C 消費(fèi)電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代、電動(dòng)汽車的推廣使用,以及電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)高能量密度,尤其是能量密度超過(guò)500 W·h/kg 的儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求不斷增加[1]。因理論能量密度的限制,應(yīng)用最為廣泛的基于嵌入式電極材料的商業(yè)鋰離子電池(LIB)已無(wú)法滿足未來(lái)的能源需求。基于多電子反應(yīng)的鋰金屬電池負(fù)極因擁有極高的比容量(3 860 mA·h/g),是傳統(tǒng)商業(yè)石墨比容量的10倍(372 mA·h/g),以及最低的電化學(xué)電位(-3.04 V vs.the standard hydrogen electrode),被廣泛認(rèn)為是能夠代替現(xiàn)有商業(yè)石墨負(fù)極的理想材料[2-3]。值得注意的是,與其搭配的正極材料不再限于LiMO2(M=Ni,Co,Mn)和LiFePO4,還 包括O2和S 等,使得電池的能量密度再次提升(Li-O2和Li-S的能量密度分別為3 505 W·h/kg 和2 600 W·h/kg)[4]。盡管鋰金屬電池(LMB)擁有以上優(yōu)點(diǎn),但電池充放過(guò)程中,體積變化、SEI 膜的脆弱性和枝晶生長(zhǎng)[5]會(huì)導(dǎo)致很多安全(短路、爆炸)和性能(庫(kù)侖效率低、循環(huán)壽命短)問(wèn)題,使LMB還不能被實(shí)際應(yīng)用。研究人員從LMB 的失效機(jī)制出發(fā),總結(jié)出多種鋰枝晶的形核生長(zhǎng)的理論模型和負(fù)極的優(yōu)化方法,包括電解質(zhì)的改良,如有機(jī)溶劑的組合[6],鋰鹽的選擇[7],調(diào)節(jié)SEI膜的功能性添加劑[8]以及選取較高彈性模量的固態(tài)電解質(zhì)[9],通過(guò)控制鋰金屬負(fù)極與電解液之間的界面層反應(yīng)達(dá)到抑制鋰枝晶生長(zhǎng)的目的,然而LMB 負(fù)極體積膨脹依然無(wú)法避免[10],由此負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于提高電池的整體性能尤為重要。如三維(3D)集流體的制備,可以達(dá)到降低局部電流密度,延緩鋰枝晶生成,調(diào)節(jié)體積變化的作用,包括Ni泡沫[11]、多孔銅[12]和多孔碳[13]。集流體等,或者在此基礎(chǔ)上通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或者物理作用,在集流體上沉積N-doped,Au,Si,MnO2,CuZn合金,ZnO 等,降低界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)能壘,調(diào)節(jié)電場(chǎng)分布,促進(jìn)鋰的均勻沉積,延緩鋰枝晶形成。相較于多孔銅材料,碳材料不僅具備良好的電子導(dǎo)電性、結(jié)構(gòu)通用性和出色的物理/化學(xué)穩(wěn)定性,而且因質(zhì)輕的特點(diǎn),可有效增加負(fù)極質(zhì)量能量密度(gravimetric energy density),被視為承載鋰金屬優(yōu)良的基體。尤其是生物質(zhì)衍生碳材料,它們來(lái)源廣泛,具有可再生、環(huán)境友好等特點(diǎn)[14],合成方法主要采用物理活化、化學(xué)活化或者兩者結(jié)合的方法。其中,與物理活化法相比,化學(xué)活化具有所需要的溫度較低、活化時(shí)間短,反應(yīng)過(guò)程易控制和產(chǎn)物比表面積大等優(yōu)點(diǎn)[15-16]。ZnO可以自發(fā)的與Li 發(fā)生反應(yīng)生成LiZn,并且兩者之間有良好的潤(rùn)濕性[17],可以誘導(dǎo)Li 的均勻形核并改善沉積形貌。相對(duì)于其他多數(shù)的生物質(zhì)碳源所包含的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素,脫脂棉的主要成分為纖維素,可省略活化前的堿水熱預(yù)處理以及避免活化過(guò)程中后兩者(半纖維素和木質(zhì)素)造成的多孔碳崩塌或者團(tuán)聚。相對(duì)于通過(guò)磁控濺射、靜電紡絲、原子層沉積(ALD)、恒流電鍍和熱處理等將ZnO覆于基體的實(shí)驗(yàn)方法,利用化學(xué)沉淀進(jìn)行ZnO 的修飾方法對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求不高,操作方法簡(jiǎn)單,能夠比較精準(zhǔn)地控制ZnO 的修飾量。在此,本文將脫脂棉作為生物質(zhì)碳源,通過(guò)化學(xué)活化[18]的方法制備得到分級(jí)多孔碳(HPC)結(jié)構(gòu),研究棉堿比對(duì)于產(chǎn)物孔容和比表面積的影響;然后利用化學(xué)沉淀[19]的方式將20%ZnO(質(zhì)量分?jǐn)?shù))修飾于多孔結(jié)構(gòu)上,得到最終產(chǎn)物ZnO@HPC 用于LMB 負(fù)極,并測(cè)量ZnO@HPC/Li負(fù)極的性能。

    1 實(shí)驗(yàn)

    1.1 實(shí)驗(yàn)材料

    實(shí)驗(yàn)材料包括氫氧化鉀(KOH)、醋酸鋅(ZnO(OAc)2·2H2O)、氫氧化鋰(LiOH·H2O)、無(wú)水乙醇(EtOH)、鹽酸(體積分?jǐn)?shù)為38%)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和聚偏氟乙烯(PVDF)等,均從阿拉丁購(gòu)買,使用前未進(jìn)一步加工。自制去離子水用于實(shí)驗(yàn)。

    1.2 生物質(zhì)三維分級(jí)多孔碳(HPC)的制備

    脫脂棉和氫氧化鉀質(zhì)量比分別為1:0.5,1:1,1:2。將脫脂棉(1 g)浸入配制好的1 mol/L氫氧化鉀(KOH)溶液中,攪拌1 h,將溶液置于干燥箱中過(guò)夜以獲得KOH負(fù)載的脫脂棉。然后,在Ar保護(hù)氣氛下,管式爐中以5 ℃/min的加熱速率將該混合物在700 ℃下直接碳化并活化2 h,在此過(guò)程中,KOH 和碳之間發(fā)生反應(yīng)[20]。當(dāng)溫度超過(guò)300 ℃時(shí),脫脂棉開(kāi)始碳化;在400~600 ℃的溫度區(qū)間內(nèi),KOH 熔化并分解為K2O 和H2O,同時(shí),KOH 與C發(fā)生固-固反應(yīng),生成K2CO3:

    2KOH→K2O+H2O

    6KOH+2C→2K+3H2+2K2CO

    當(dāng)溫度超過(guò)700℃時(shí),K2CO3分解為K2O和CO2:

    K2CO3→K2O+CO2

    最終在表面和內(nèi)部形成孔洞。最后,酸洗去除多余的含鉀化合物,去離子水洗滌干燥處理后,對(duì)生物質(zhì)三維分級(jí)多孔碳(HPC)進(jìn)行收集。

    1.3 修飾有ZnO 三維生物質(zhì)多孔碳(ZnO@HPC)的制備

    以Zn(OAc)2·2H2O 作為Zn 源,LiOH·H2O 作為沉淀劑,乙醇作為溶劑,通過(guò)化學(xué)沉淀法合成ZnO@HPC。首先將0.08 g三維生物質(zhì)多孔碳(比表面積最大條件下)和53.9 mg Zn(OAc)2·2H2O 溶于50 mL乙醇中,然后,加入20.6 mg LiOH·H2O,在連續(xù)攪拌條件下,以滴加的方式將配好的混合液緩慢地加入到Zn(OAc)2溶液中,形成黑色凝膠,過(guò)濾洗滌后得到Zn(OH)2負(fù)載的HPC(Zn(OAc)2+2LiOH→Zn(OH)2),并在180 ℃熱分解12 h,收集修飾有20%ZnO(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的三維生物質(zhì)多孔碳(Zn(OH)2→ZnO+H2O)。

    1.4 材料表征方法

    通過(guò)掃描電子顯微鏡(Hitachi S-4700,Hitachi,Japan,F(xiàn)ESEM)在10 kV 下觀察樣品的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。采用附著于FESEM 的能量色散X 射線(EDX)光譜儀進(jìn)行元素分析。在77 K 下,通過(guò)Micromeritics ASAP 2020型氮?dú)馕搩x進(jìn)行測(cè)試樣品的比表面積和孔徑分布。在測(cè)試之前,將樣品在473 K 下脫氣5 h。通過(guò)Brunauer-Emmett-Teller(BET)方程計(jì)算樣品的比表面積,通過(guò)Barrett-Joyner-Halenda(BJH)方法計(jì)算孔徑分布。利用X射線衍射(XRD)分析ZnO修飾多孔碳前后樣品進(jìn)行物相分析,2θ的范圍在20°~80°之間,步長(zhǎng)選用20(°)/min。利用暴露在空氣中熱重分析分析器(TGA,Q500,TA Instrument Corporation),以10 ℃/min 的加熱速率從室溫到800 ℃。在循環(huán)測(cè)試之后,為了觀察沉積在集電器上的Li 的形態(tài),在充滿氬氣的手套箱中小心地拆卸電池以獲得集流體/Li 復(fù)合負(fù)極。然后,通過(guò)用碳酸二乙酯(DEC)輕輕洗滌3次除去電解質(zhì)和Li鹽,并在室溫下在手套箱中干燥。

    1.5 電化學(xué)測(cè)試

    將ZnO@HPC 與PVDF 按質(zhì)量比4:1 混合于適量NMP中磁力攪拌4 h,以制備活性漿料。首先將0.1 mm 厚銅片用稀HCl 溶液清洗后去除表面的氧化物等雜質(zhì),接著用去離子水和乙醇漂洗多次,用玻璃棒將活性材料涂覆在銅片表面,真空干燥后用作集流體。為測(cè)量庫(kù)侖效率等性能,組裝2025 紐扣電池,工作電極采用ZnO@HPC,對(duì)電極為鋰金屬片,聚丙烯(PP)為隔膜,電解液中添加劑為0.1 mol/L LiNO3,其他成分為1 mol/L LiPF6/DOL/DME(DOL 和DME 體積比為1:1),在Neware多通道電池循環(huán)儀上進(jìn)行恒電流實(shí)驗(yàn)以研究電化學(xué)性能。在庫(kù)侖效率測(cè)試中,電池在電流密度為0.05 mA/cm2和電壓為0.01~1.00 V 區(qū)間運(yùn)行5 個(gè)循環(huán),以穩(wěn)定SEI 并去除電極上的污染物。預(yù)處理后,在集流體上沉積容量為0.5 mA·h/cm2的鋰,再將電池充電至1.5 V,剝離沉積的鋰。在對(duì)稱電池測(cè)試中,首先在電流密度0.5 mA/cm2下將鋰沉積至集流體8 h,沉積容量為4 mA·h/cm2(即沉積過(guò)量的鋰),然后在循環(huán)容量為0.5 mA·h/cm2的條件下進(jìn)行循環(huán)測(cè)試。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 最佳棉堿比的選擇

    首先,利用SEM 對(duì)脫脂棉直接碳化后和與不同質(zhì)量的KOH 混合碳化后的形貌進(jìn)行觀察,如圖1所示。由圖1(a)可見(jiàn):直接碳化后的脫脂棉碳纖維表面光滑,無(wú)孔洞存在;當(dāng)棉堿質(zhì)量比為1:0.5時(shí),可以觀察到棉碳纖維表面分布有稀疏均勻的花狀孔洞(圖1(b)),隨著KOH 量的不斷增加(棉堿質(zhì)量比為1:1~1:2),碳?jí)A反應(yīng)就越劇烈,氣體的釋放和傳輸不斷促進(jìn)材料中孔洞的生成,孔隙擴(kuò)大的同時(shí),孔隙間的內(nèi)壁也隨之被打破,并表現(xiàn)出明顯的分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)(圖1(c)和(d))。

    圖1 不同棉堿質(zhì)量比下活化前后樣品形貌觀察SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM images of samples before and after activation under different cotton-alkali mass ratios

    圖2 不同棉堿質(zhì)量比碳化樣品的N2吸附-脫附曲線Fig.2 Adsorption-desorption curves of carbonized N2 under different cotton-alkali ratio parameters

    為了更好地了解不同棉堿質(zhì)量比混合碳化后的孔結(jié)構(gòu),對(duì)HPC 孔徑分布進(jìn)行了測(cè)試。HPC 孔徑分布與N2吸附-脫附曲線如圖2所示。由圖2(a)可以發(fā)現(xiàn),直接碳化的樣品的N2吸附-脫附曲線屬于典型的具有H4滯后環(huán)的IV型曲線,樣品的比表面積為23.1 m2/g,說(shuō)明樣品中幾乎不存在孔洞,只是存在由脫脂棉碳化過(guò)后層片堆積產(chǎn)生的狹縫。由圖2(b)和(c)可見(jiàn),棉堿質(zhì)量比為1:0.5和1:1的樣品的N2吸附-脫附曲線均屬于典型的具有H2 滯后環(huán)的IV 型曲線,且當(dāng)相對(duì)壓力(P/P0)為0.2~0.8 時(shí),表現(xiàn)出明顯增加的N2吸附量,當(dāng)P/P0≈1.0 時(shí),沒(méi)有出現(xiàn)吸附平臺(tái),而當(dāng)P/P0=0.8~1.0時(shí),N2吸附量依然迅速增加,以上表明介孔和大孔的存在[21],而在孔徑5 nm 左右存在的尖峰,也證明了大量介孔的存在。棉堿質(zhì)量比分別為1:0.5和1:1的樣品比表面積分別為354.2 m2/g和715.5.2 m2/g,孔體積分別為0.139 m3/g 和0.280 m3/g。當(dāng)棉堿質(zhì)量比為1:2,相對(duì)壓力P/P0>0.5 時(shí),N2吸附-脫附曲線存在明顯的H4 滯后環(huán),是典型的V型曲線,更寬的孔徑分布和H4型滯后環(huán),此時(shí),活化后樣品比表面積為401.369 1 m2/g,說(shuō)明該條件下活化后產(chǎn)生更大孔徑的碳孔。通過(guò)對(duì)比不同條件下碳化后形貌并結(jié)合Bet 測(cè)試結(jié)果,選取棉堿質(zhì)量比為1:1 作為活化參數(shù)。

    2.2 修飾ZnO前后的定性和定量分析

    對(duì)ZnO@HPC 的形貌和元素分布進(jìn)行表征,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)化學(xué)沉淀和熱分解等步驟,HPC 依然保持多孔性質(zhì)(圖3(a)),圖3(b)~(e)表明親鋰性氧化物ZnO 也已均勻地修飾于材料內(nèi)部。利用XRD 對(duì)HPC和ZnO@HPC進(jìn)行分析。從圖3(f)可見(jiàn):在2θ=31.7°,34.4°,36.2°,47.5°,56.6°等處有多個(gè)較強(qiáng)的峰,它們分別對(duì)應(yīng)于ZnO 的(100),(002),(101),(102),(110)等晶面,在此用黑色實(shí)心圓形符號(hào)標(biāo)記。原始HPC的XRD圖譜中顯示了生物多孔碳的典型非晶態(tài)碳峰。利用ZnO@HPC 的熱分解特性,進(jìn)一步確認(rèn)HPC 上修飾的ZnO 的含量,其熱重分析曲線如圖3(g)所示。可見(jiàn):樣品在100 ℃前的水質(zhì)量損失率為7%,ZnO 的質(zhì)量約占總質(zhì)量的21%,與設(shè)計(jì)值基本吻合。

    2.3 庫(kù)侖效率測(cè)試

    圖3 ZnO@HPC樣品SEM圖和對(duì)應(yīng)的EDS元素分布Fig.3 SEM images of ZnO@HPC and corresponding EDS element distribution diagram

    將制備的平面銅、HPC、ZnO@HPC和鋰片分別作為工作和對(duì)電極組裝成2025 紐扣電池,測(cè)試其庫(kù)侖效率。測(cè)試前,電池在電流密度為0.05 mA/cm2,電壓為0.01~1.00 V 范圍內(nèi)運(yùn)行5 個(gè)循環(huán),以穩(wěn)定SEI 層并清除電極表面的污染物(圖4(a))[22]。預(yù)處理后,在集流體上沉積0.5 mA·h/cm2的鋰,然后將電池充電至1.5 V,剝離沉積的鋰。當(dāng)以電流密度0.5 mA/cm2和容量0.5 mA·h/cm2循環(huán)時(shí),ZnO@HPC 電極在250 圈循環(huán)中顯示出98.3%以上的相當(dāng)高且穩(wěn)定的庫(kù)侖效率(圖4(b))。相比之下,HPC 電極在前65 圈循環(huán)中表現(xiàn)出的庫(kù)侖效率較低,為96.5%左右,在120圈循環(huán)之后,庫(kù)侖效率逐漸降低至85%。在30 圈循環(huán)后,平面銅的庫(kù)侖效率開(kāi)始變得不穩(wěn)定,并在40 圈循環(huán)后顯著下降至85%以下(圖4(b)),這可能是由于平面銅上電流分布不均勻以及不穩(wěn)定的SEI層生成,導(dǎo)致鋰枝晶生長(zhǎng)不受控制,鋰在循環(huán)過(guò)程中大量不可逆的損失造成的。與平面銅相比,HPC 的庫(kù)侖效率相對(duì)更高,更穩(wěn)定,因?yàn)镠PC 存在大量的孔洞,可以有效承受一定的體積變化,并在循環(huán)過(guò)程中保證電極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,在抑制鋰枝晶的不規(guī)則生長(zhǎng)方面起到積極作用,但是由于鋰的無(wú)差別沉積,當(dāng)孔壁的鋰金屬堆積到一定程度,受尖端效應(yīng)的影響,接下來(lái)沉積過(guò)程鋰金屬更傾向于在鋰金屬堆積處沉積,將很快失去多孔結(jié)構(gòu)的作用。歸因于多孔碳內(nèi)部的親鋰性氧化物ZnO,可以誘導(dǎo)鋰在多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部沉積,不僅大大提高了孔體積的利用率,還可以促進(jìn)鋰的均勻沉積,提高循環(huán)穩(wěn)定性的作用。圖4(c)和(d)所示分別為HPC 和ZnO@HPC 在電流密度0.5 mA/cm2下,第1 圈、第50 圈和第100 圈時(shí)的鋰電沉積/剝離的電壓曲線??梢?jiàn),在各個(gè)循環(huán)圈數(shù),ZnO@HPC的滯后電壓比HPC 的低。這種現(xiàn)象可歸因于ZnO 修飾的HPC 比HPC 有更多的形核位點(diǎn),導(dǎo)致局部電流密度的進(jìn)一步降低,此外,后期的沉積更傾向于在高導(dǎo)電性的LiZn上生長(zhǎng),可有效減少電沉積/剝離過(guò)程中“死鋰”的生成。

    圖4 平面銅、HPC和ZnO@HPC的庫(kù)侖效率測(cè)試結(jié)果Fig.4 Coulombic efficiency test results of plane copper,HPC and ZnO@HPC

    2.4 循環(huán)形貌表征

    平面銅和ZnO@HPC 作為集流體應(yīng)用于鋰金屬負(fù)極不同循環(huán)后Li 金屬沉積的形貌如圖5所示。由圖5可見(jiàn):相對(duì)于平面銅的原始形貌,第10 圈循環(huán)以后,平面銅表面已有大量不均勻的苔蘚狀鋰枝晶(圖5(a)和(b)),當(dāng)循環(huán)圈數(shù)增加至50 和100時(shí),平面銅表面充滿松散多孔的鋰金屬,這些鋰金屬一部分是死鋰,不再參與電池循環(huán),導(dǎo)致容量損失和嚴(yán)重的體積膨脹,如圖5(i)和(j)所示,50圈循環(huán)后,橫截面厚度(97.4 μm)已經(jīng)比原始厚度增加了將近1倍。ZnO@HPC表面活性材料干燥后的形貌依然保持有大量的多孔結(jié)構(gòu)(如圖5(e)),可以為接下來(lái)的鋰沉積提供足量的空間,循環(huán)圈數(shù)增加至10~50 圈時(shí),仍有明顯的HPC 多孔骨架結(jié)構(gòu)顯現(xiàn),50 圈循環(huán)后,橫截面鋰層厚度僅僅只有25.2 μm,約為平面銅上鋰層厚度的1/4,100 圈循環(huán)后,鋰層表面均勻致密,得益于ZnO 可以提高Li 沉積和剝離動(dòng)力學(xué),有效促進(jìn)鋰的均勻形核和生長(zhǎng)。

    2.5 循環(huán)性能測(cè)試

    將平面銅、HPC 和ZnO@HPC 應(yīng)用于鋰金屬負(fù)極,以研究電池長(zhǎng)期循環(huán)的穩(wěn)定性,對(duì)稱半電池循環(huán)電壓曲線如圖6所示。由圖6(a)可知,在電流密度0.5 mA/cm2下,平面銅對(duì)稱電池具有較大的過(guò)電勢(shì)(約為30 mV),循環(huán)大約50圈,過(guò)電勢(shì)迅速增加至250 mV(圖6(b)),直至在75 圈循環(huán)后發(fā)生短路故障。急劇的電壓升高可能是由于“死鋰”的積累和電極/電解質(zhì)界面處不穩(wěn)定的SEI 層造成的高內(nèi)阻引起的,而不規(guī)則的電壓波動(dòng)主要是鋰枝晶的任意生長(zhǎng)。HPC 和ZnO@HPC 顯示出比平面銅更穩(wěn)定的循環(huán)性能,且過(guò)電勢(shì)要低得多(HPC的過(guò)電勢(shì)約為18 mV,ZnO@HPC 的過(guò)電勢(shì)約為10 mV),主要可以歸因于多孔結(jié)構(gòu)和孔洞內(nèi)部均勻分散親鋰性的ZnO,尤其是經(jīng)過(guò)450 圈循環(huán)后,ZnO@HPC 仍可保持極低且穩(wěn)定的過(guò)電勢(shì)(約為10 mV)。相反,HPC 的過(guò)電勢(shì)比ZnO@HPC 的大得多,經(jīng)過(guò)100圈循環(huán)后,從18 mV增加到300 mV(圖6(c))。當(dāng)循環(huán)圈數(shù)達(dá)到200 時(shí),ZnO@HPC 的過(guò)電勢(shì)依然能夠保持在原有的水平(圖6(d)),進(jìn)一步說(shuō)明ZnO 在誘導(dǎo)鋰的均勻形核和調(diào)節(jié)鋰金屬沉積過(guò)程中體積變化的重要作用。

    圖5 平面銅和ZnO@HPC的SEM形貌Fig.5 SEM images of planar copper and ZnO@HPC

    圖6 對(duì)稱半電池中循環(huán)電壓曲線Fig.6 Cyclic voltage curve in symmetrical half cell

    3 結(jié)論

    1)以脫脂棉為碳源,利用化學(xué)活化的方法成功制備了生物質(zhì)多孔碳,該原材料的主要成分為纖維素,不含半纖維素和木質(zhì)素,省略了前期堿性環(huán)境水熱處理步驟,提高了處理效率;初期棉堿比對(duì)活化后孔徑分布和比表面積有較大影響,制備的生物質(zhì)多孔碳同時(shí)存在大孔和介孔,當(dāng)棉堿質(zhì)量比為1:1 時(shí),生成產(chǎn)物的比表面積最大(715.5 m2/g)。

    2)采用化學(xué)沉淀法,利用親鋰性氧化物ZnO修飾活化后的多孔碳,20%ZnO(質(zhì)量分?jǐn)?shù))均勻地分布于生物質(zhì)多孔碳內(nèi)部,不僅可以在充放電過(guò)程中降低局部電流密度,承受Li 沉積/剝離過(guò)程中的劇烈體積變化,而且可以使ZnO 形核位點(diǎn)發(fā)揮誘導(dǎo)作用,實(shí)現(xiàn)Li 均勻沉積,進(jìn)一步抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。

    3)將ZnO@HPC 用于鋰金屬電池負(fù)極,具有較好的電化學(xué)性能,在電流密度為0.5 mA/cm2、循環(huán)容量為0.5 mA·h/cm2條件下循環(huán)250 圈,獲得98.3%的高庫(kù)侖效率;在0.5 mA/m2的電流密度下,對(duì)稱半電池仍具有長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性(穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)500 h)和超低過(guò)電勢(shì)(10 mV)。

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