一箭三雕！一种超简单的新型锂箔减薄策略

一箭三雕！一种超简单的新型锂箔减薄策略

金属锂因其最高的能量密度（3860 mAh g-1）而被认为是锂基电池的终极负极材料。

背景介绍

然而，作为负极，商用金属锂箔太厚，在全电池中能量密度难以平衡与之搭配的商用正极（这里指N/P比）。

为了克服这一问题，通过增加正极厚度来提高正极的面积比容量似乎是一种潜在的方法，但会导致正极侧的阻抗快速增加，电池性能也会加速恶化。

另一种可行的方法是使用薄金属锂箔（约15 μm）作为负极。不幸的是，目前可用的商业锂箔通常非常厚（~50-100 μm）。如此厚的锂箔导致锂的比实际用量的严重过量，这不仅意味着N/P失衡，而且锂利用率相当低，加剧了锂资源的浪费。

除了用作负极，锂箔还用于预锂化负极（如硅负极），需要精确的锂补偿容量。然而，厚的锂箔难以按需分配和分散，极易导致预锂化不均匀和局部过量。鉴于此，从应用便利性和电池成本两方面考虑，开发超薄锂金属具有紧迫性和重要价值。

工作介绍

华中科技大学李会巧团队利用锂和萘（naphthalene）之间的简单表面溶解反应而提出一种新的化学减薄策略。

该策略能够实现可扩展、连续、卷轴式（roll-to-roll）制备超薄锂箔。20分钟内可成功获得表面清洁且小于15 μm的锂箔。锂箔的减薄率和厚度可以通过改变浓度、温度和操作模式轻松调节。

稀释后产生的Li-Naph溶液可以用作具有重要价值的多功能试剂（例如：作为化学还原剂或洗涤液等用于表面清洁和其他工业处理），废液中的锂离子也可以进一步以Li2CO3的形式提取。

图片来源：NANO Letters论文

目前，薄锂箔的常用工业技术通常借用机械轧制等物理方法制备。然而，金属锂的粘性和机械性差，给薄锂箔的制备带来了巨大障碍。因此，商业轧制锂箔的厚度通常为50微米至数百微米。此外，锂箔的进一步减薄需要更精确的轧制设备和高精度的控制系统，这将大大增加生产成本。

另一方面，电化学沉积可在导电基板上制备微米级薄锂箔，但其质量（如厚度、均匀性、平整度、致密性）受电解池配置、电解液配方、支撑基板材料和运行参数等复杂因素的影响。因此，这种方法仍然仅限于实验室水平的学术研究。

作者提出的策略除了可以得到超薄锂箔产品外，剩余的Li-Naph副产品也具有很好的应用价值，废液中的锂资源很容易回收，表现出优越的经济性。该工作为获得超薄锂箔提供了最先进的策略，为金属锂负极在未来高能量密度电池中的实际应用铺平了道路。

以下图片可以直观得到作者的思路和工艺方法，这里不再具体描述。

不同厚度锂箔的材料成本和锂箔利用率（图片来源：NANO Letters论文）

Naph/DME溶液稀释法制备超薄锂箔的示意图（图片来源：NANO Letters论文）

超薄锂箔的可扩展卷轴式（roll-to-roll）减薄工艺示意图（图片来源：NANO Letters论文）

从Li-Naph/DME溶液中提取锂（图片来源：NANO Letters论文）

Li2CO3的溶解度远低于Na2CO3，废液中的Li+被Na+置换并以碳酸盐的形式沉淀。

图片来源：NANO Letters论文

超薄锂箔整个生产过程中锂的循环链示意图（图片来源：NANO Letters论文）

附：文献链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00338?ref=PDF