李会巧教授团队锂离子电池领域取得重要进展

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近日，我校材料科学与工程学院、材料成形与模具技术国家重点实验室李会巧教授团队在锂离子电池领域取得了重要进展，其最新研究成果“简便、高原子经济性的化学减薄策略制备超薄锂”（Facile, Atom-economic, Chemical Thinning Strategy for Ultrathin Lithium Foils）采用化学减薄技术成功制备了厚度小于15μm的超薄锂箔，其表面洁净且厚度可定制，并同时实现了制备过程中所产生的含锂副产品的回收再利用，该技术有望在工业上大规模生产超薄锂箔，对金属锂负极的实际应用具有重要意义。
       金属锂因具有低的氧化还原电位和高的理论比容量，而被视为未来锂离子电池负极材料的最终候选。然而，现实中商业可获得的锂箔厚度通常在50μm以上且难以再通过机械加工减薄，这使得其远大于与现有商业正极材料容量匹配时所需的锂量（15μm）。负极过量的锂不仅导致了正负极实际容量的不匹配，使负极利用率大幅降低，同时也造成了电池材料成本的上升及锂资源的浪费。
        针对这一问题，李会巧教授团队提出了一种简单且可用于卷对卷连续生产超薄锂的化学减薄工艺。作为一项概念验证研究，团队利用常见的工业原料萘的乙二醇二甲醚溶液作为化学减薄剂，通过萘与金属锂之间自发的路易斯酸碱反应，在短时间内获得了厚度在15μm以下且表面洁净的超薄锂箔。通过改变减薄剂浓度、反应温度和反应模式，实现了减薄速率的精确调控。并且，减薄过程中得到的副产品Li-Naph/DME溶液具有媲美金属锂的还原性，因此可作为还原剂、表面清洗剂等工业处理试剂进行应用。使用过后的最终废液中所含有的锂离子还可以碳酸锂的形式回收，实现了锂的原子经济性。该工作为超薄锂箔的制备提供了一种先进的、原子经济的新工艺，为金属锂负极在未来高能量密度电池中的应用奠定了基础。针对超薄锂箔的这种新制备工艺，李会巧教授团队已申请了中国发明专利，未来计划与工业界合作进行进一步的商业开发和技术转化。

图1超薄锂箔制备策略及其锂原子经济循环链示意图

        该研究工作于3月22日在国际著名期刊NanoLetters上在线发表，华中科技大学为该论文第一完成单位，材料学院硕士生胡鸣涛为论文第一作者，李会巧教授为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（52072138）和国家重点研发计划（2021YFB3800300）的资助。
        文章链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.2c00338


        文章来源：华中科技大学
        李会巧，女，1980年生，河南巩义人，华中科技大学材料科学与工程学院教授、博士生导师。华中学者，教育部新世纪优秀人才。2003年至今一直从事电化学储能领域的研究，对锂离子电池、超级电容器及其相关储能材料开展了深入系统的研究。通过电池结构的创新设计将水系/非水系电解液组合于一个电池回路当中，实现了不同二次电池之间的优劣互补和整合应用，获得了同时具有高工作电压和大电极容量的一类新概念可充电池体系；通过交叉应用锂离子电池技术和超电容技术，开发出正极基于锂离子电池反应、负极基于超电容反应的新型电化学混合超电容器，获得了高的工作电压，使电容器的能量密度得到成倍提升；通过层间距、晶型、结构的有效调控，设计发展了一系列价态可调的具有独特结构的钒系电极材料，有效提高了其电化学储能性能。已申请日本专利2项，中国专利4项(其中2项已获授权)，发表SCI论文30余篇，以第一作者或通讯作者在化学和材料领域著名期刊(影响因子>5)上发表论文20多篇，如J. Am. Chem. Soc.，Adv. Mater.，Adv. Fucnt. Mater.，Adv. Energy. Mater., Chem. Commun.，J. Mater. Chem.，Carbon，J. Power Sources, J. Electrochem. Soc.等，其中有3篇论文被选为封面文章，包括Adv. Funct. Mater. 1 篇和 Chem. Commun. 2篇，应邀在Chem. Commun.，ChemSusChem和Nanoscale等知名期刊上撰写综述或者专题文章，应邀为John Wiley&Sons出版社的英文学术专著撰写锂离子电池相关章节1章。迄今, 发表的论文被SCI引用超过1000次，其中他引900余次，H因子为15.