Construction of Highly Stable Lithium Metal Anode Based on Three Dimensional Lipophilic Materials

doi:10.7503/cjcu20220727

Abstract

Abstract:

With its ultra-high theoretical specific capacity density（3680 mA·h·g^-1） and low reduction potential（-3.04 V vs. SHE）， lithium metal is considered the “holy grail” of anode for high energy density batteries. However， due to the uncontrolled growth of lithium dendrites and high reactivity to electrolytes， a series of problems， such as low coulomb efficiency， short cycle life and internal short circuit， seriously restrict the practical progress of lithium metal anode. In the practical electrochemical system， the surface properties of the current collector that is employed as the substrate for lithium metal deposition/stripping play an important role in the cyclic stability of the lithium anode. In this review， the modification strategies for constructing three-dimensional（3D） lithiophilic skeleton materials were systematically summarized from the aspects of surface composition and microstructure design for lithium anode and current collector. Utilizing high lithiophilic materials such as metal， metal oxide， doping heteroatoms， polymer materials， and metal-organic frame materials to tune and modify the interface and structure of the collector and anode， can effectively regulate the electrodeposition of lithium metal and promote the practical process of lithium metal anode in high energy density battery system.

Key words: Lithium anode, Lipophilic, Three-dimensional skeleton, Lithium dendrite

CLC Number:

O646

TrendMD:

TU Xingchao, GU Xingxing, LAI Chao. Construction of Highly Stable Lithium Metal Anode Based on Three Dimensional Lipophilic Materials[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(5): 20220727.

Figures/Tables 11

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3D framework/Li electrode	CE（%）/currentdensity/（mA·cm^-2）/lifespan（cycles）	Overpotentials/mV/current density/（mA·cm^-2）/time/h	Ref.
Mesh Cu fibers current collector	97/0.5/50	60/0.2/600	［41］
HP⁃Cu@Sn current collector	96.9/3/130	40/1/800	［44］
3D Li⁃Ni anode	—	200/1/200	［60］
3D Li⁃B⁃Mg anode	—	120/2/70	［61］
3D graphene/Ag composite skeleton	97.3/1/50	118/40/50	［83］
SiO₂/TiO₂/C porous core⁃shell fibers	—	34.7/4/350（cycles）	［91］
ZnO modified brass mesh	97.5/1/100	80/2/500	［88］
Nano porous N⁃doped graphene	96/1/200	100/5/127	［121］
Boro⁃oxicyclic frame/graphene	98/3/50	—	［131］
3D porous poly melamine⁃formaldehyde（PMF） skeleton	91/10/40	40/10/50	［138］
Ultra⁃thin flexibility MXene@CNF/Li composite anode	98.9/0.5/200	100/0.5/1200	［139］
3D porous BN/C skeleton	97.8/4/500	60/4/500	［152］

3D framework/Li electrode	CE（%）/currentdensity/（mA·cm^-2）/lifespan（cycles）	Overpotentials/mV/current density/（mA·cm^-2）/time/h	Ref.
Mesh Cu fibers current collector	97/0.5/50	60/0.2/600	［41］
HP⁃Cu@Sn current collector	96.9/3/130	40/1/800	［44］
3D Li⁃Ni anode	—	200/1/200	［60］
3D Li⁃B⁃Mg anode	—	120/2/70	［61］
3D graphene/Ag composite skeleton	97.3/1/50	118/40/50	［83］
SiO₂/TiO₂/C porous core⁃shell fibers	—	34.7/4/350（cycles）	［91］
ZnO modified brass mesh	97.5/1/100	80/2/500	［88］
Nano porous N⁃doped graphene	96/1/200	100/5/127	［121］
Boro⁃oxicyclic frame/graphene	98/3/50	—	［131］
3D porous poly melamine⁃formaldehyde（PMF） skeleton	91/10/40	40/10/50	［138］
Ultra⁃thin flexibility MXene@CNF/Li composite anode	98.9/0.5/200	100/0.5/1200	［139］
3D porous BN/C skeleton	97.8/4/500	60/4/500	［152］

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