[논문]A smart, anti-piercing and eliminating-dendrite lithium metal battery

Ye, Minghui; Xiao, Yukun; Cheng, Zhihua; Cui, Linfan; Jiang, Lan; Qu, Liangti

doi:10.1016/j.nanoen.2018.04.078

A smart, anti-piercing and eliminating-dendrite lithium metal battery

Nano energy, v.49, 2018년, pp.403 - 410

Ye, Minghui (Beijing Key Laboratory of Photoelectronic) , Xiao, Yukun (Beijing Key Laboratory of Photoelectronic) , Cheng, Zhihua (Beijing Key Laboratory of Photoelectronic) , Cui, Linfan (Beijing Key Laboratory of Photoelectronic) , Jiang, Lan , Qu, Liangti

Abstract ▼ AI-Helper

Abstract Penetration of lithium metal and uncontrollable growth of lithium dendrites of lithium metal batteries (LMBs) easily induce safety concerns. Herein, we propose a smart lithium-manganite/graphene-oxide/lithium (LMO/GO/Li) battery with rationally designed trilayer films as separator, in which GO film is sandwiched by two pieces of commercial polymer microporous membranes. This unique LMO/GO/Li battery possesses the merits of anti-piercing and eliminating Li dendrites. Once being pierced, the middle GO layer can chemically etch metallic Li based on the spontaneous redox reaction and thus the LMO/GO/Li battery can work normally without short-circuit. Meanwhile, Li dendrites can be efficiently eliminated by GO to avoid internal shorting. Consequently, the LMO/GO/Li battery can reversibly charge/discharge for 6000 cycles that is ca. 48 times longer than that of conventional LMO/Li battery, and still retain a high Coulombic efficiency of 93%. This work not only conceptually provides new opportunities for developing other anti-piercing batteries, but also paves the way for building dendrite-free LMBs. Highlights A smart lithium-manganite/graphene-oxide/lithium (LMO/GO/Li) battery with trilayer films as separator is proposed. By virtue of the spontaneous redox reaction between Li and GO, the middle GO layer can chemically etch metallic Li or Li dendrites, thus avoiding the short circuit of the LMO/GO/Li battery. The LMO/GO/Li battery has the merits of anti-penetration and eliminating Li dendrites. The LMO/GO/Li battery can reversibly charge/discharge for 6000 cycles that is ca. 48 times longer than that of conventional LMO/Li battery. Graphical abstract A smart, anti-piercing and eliminating-dendrite lithium-manganite/graphene-oxide/lithium (LMO/GO/Li) battery is developed by using a polypropylene/GO/polypropylene trilayer separator. Benefiting from the spontaneous redox reaction, metallic Li can be efficiently etched by GO, thus endowing the LMO/GO/Li battery with the abilities of anti-penetration and eliminating Li dendrites. This work sheds light on the development of safe and long lifespan lithium metal battery. [DISPLAY OMISSION]

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