Ultrathin Two-Dimensional Atomic Crystals as Stable Interfacial Layer for Improvement of Lithium Metal Anode

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作者
Kai Yan,Hyun‐Wook Lee,Teng Gao,Guangyuan Zheng,Hong‐Bin Yao,Haotian Wang,Zhenda Lu,Zhou Yu,Zheng Liang,Zhongfan Liu,Steven Chu,Yi Cui
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (10): 6016-6022 被引量:669
标识
DOI:10.1021/nl503125u
摘要

Stable cycling of lithium metal anode is challenging due to the dendritic lithium formation and high chemical reactivity of lithium with electrolyte and nearly all the materials. Here, we demonstrate a promising novel electrode design by growing two-dimensional (2D) atomic crystal layers including hexagonal boron nitride (h-BN) and graphene directly on Cu metal current collectors. Lithium ions were able to penetrate through the point and line defects of the 2D layers during the electrochemical deposition, leading to sandwiched lithium metal between ultrathin 2D layers and Cu. The 2D layers afford an excellent interfacial protection of Li metal due to their remarkable chemical stability as well as mechanical strength and flexibility, resulting from the strong intralayer bonds and ultrathin thickness. Smooth Li metal deposition without dendritic and mossy Li formation was realized. We showed stable cycling over 50 cycles with Coulombic efficiency ∼97% in organic carbonate electrolyte with current density and areal capacity up to the practical value of 2.0 mA/cm(2)and 5.0 mAh/cm(2), respectively, which is a significant improvement over the unprotected electrodes in the same electrolyte.
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