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摘要：采用電沉積的方法在三維銅集流體表面制備錫鍍層，進一步在純氬氣氛中，分別對其進行300、400、500、600和700 ℃熱處理，保溫時間3h。結(jié)果表明，熱處理過程中表面鍍層中的Sn原子逐步擴散到銅基體中，當(dāng)熱處理溫度為600 ℃時，Sn元素均勻分布到銅基體中，此時，鋰金屬電池循環(huán)性能最佳，能夠在高正極載量(17 mg/cm2)和低N/P比(0.6)的條件下，實現(xiàn)較大充放電倍率(0.5C/3C)下穩(wěn)定循環(huán)130次。
關(guān)鍵詞：鋰金屬電池；三維集流體；錫鍍層；熱處理
隨著人類科技的快速發(fā)展，尤其是人工智能時代的來臨，能源消耗速率日益加快，傳統(tǒng)化石能源已無法應(yīng)對未來快速膨脹的能源需求。伴隨全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，可再生能源比重逐漸增加，與之相應(yīng)地，研究開發(fā)新型高效的綠色能源存儲技術(shù)變得愈加迫切。
鋰離子電池因具有能量密度高，循環(huán)壽命長、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已廣泛用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車、儲能電站等領(lǐng)域。然而，受限于石墨負極較低的理論比容量，即使當(dāng)前的鋰離子電池已逼近其能量密度上限，仍無法滿足客戶端日益增長的能量密度需求，研究人員進而將目光轉(zhuǎn)向具有更高比容量的新型負極材料，如硅負極，鋰金屬負極等。
鋰金屬負極因具有超高的理論比容量（3 860 mAh/g）、極低的密度（0.534 g/cm3）和最低的還原電勢（-3.040 V vs. SHE），被認(rèn)為是可充電電池的“圣杯”[1]。此外，采用金屬鋰作為負極后，正極可不必受限于當(dāng)前鋰離子電池中所采用的基于單離子脫嵌實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的含鋰正極，如磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、三元材料等，轉(zhuǎn)而使用具有更高比容量的無鋰正極材料，如硫正極、空氣正極等，從而進一步提升鋰金屬電池的能量密度[2]。因此，鋰金屬電池具有極高的研究價值。
然而，在實際應(yīng)用過程中，由于鋰金屬負極具有極高的反應(yīng)活性，極易與電解液發(fā)生副反應(yīng)，在負極表面生成SEI膜；鋰沉積過程中近乎無限的體積膨脹導(dǎo)致SEI膜破裂，裸露出新鮮鋰表面，進而生成新的SEI膜。在反復(fù)的充放電過程中，SEI膜不斷破裂與重建，導(dǎo)致活性鋰和電解液的持續(xù)消耗，鋰金屬電池庫侖效率降低，循環(huán)性能惡化。此外，鋰的不均勻沉積極易導(dǎo)致鋰枝晶的形成和積累，循環(huán)后期鋰枝晶可能會刺穿隔膜，導(dǎo)致電池短路，甚至引發(fā)電池起火、爆炸等問題[3]。
為解決這些問題，研究人員提出了一系列的改進策略，如固態(tài)電解質(zhì)[4]、安全隔膜[5]、電解液組分調(diào)控[6]、人工SEI層[7]、合金化負極[8]、3D集流體[9]等。根據(jù)sand’s time模型，電流密度越低，越不易形成鋰枝晶[10]。3D集流體因具有豐富的孔結(jié)構(gòu)，能有效降低負極表面電流密度，進而抑制鋰枝晶的形成。此外，相較于銅箔，3D集流體還為負極鋰沉積提供足夠的空間，能夠極大地緩解鋰金屬負極的體積膨脹問題。但由于常用的銅集流體本身不具有親鋰性，往往導(dǎo)致鋰沉積過電勢高，沉積不均勻，電池循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。本文嘗試在三維銅集流體表面引入親鋰層，來誘導(dǎo)鋰沉積，改善鋰沉積均勻性。進一步地，通過熱處理手段，使表面的親鋰層均勻擴散至銅基體內(nèi)，形成鉚釘結(jié)構(gòu)，來提升親鋰材料在長循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
1 實驗
1.1 材料制備
將三維銅集流體置于稀鹽酸溶液中超聲清洗，去除表面氧化層，然后分別用去離子水和無水乙醇清洗3遍，置于氮氣保護的烘箱中60 ℃烘干。將活化后的三維銅集流體置于電解槽中作為陰極，金屬錫片作為陽極，浸入鍍液中，接通電源進行電鍍Sn處理。電鍍液配方為0.088 mol/L SnCl2·2H2O，0.909 mol/L焦磷酸鉀，0.107 mol/L 甘氨酸，0.028 mol/L 酒石酸鉀鈉[11]。恒電流脈沖電沉積工藝參數(shù)為：電流密度5 mA/cm2，占空比10%，電鍍時間30 min。電鍍完成后，取出鍍錫后的三維銅集流體，用去離子水沖洗干凈后，無水乙醇清洗，然后置于氮氣保護的真空烘箱中60 ℃烘干。將鍍錫處理后的三維銅集流體置于氬氣氣氛下，分別在300、400、500、600、700 ℃下保溫3 h，冷卻后取出備用。
1.2 材料表征
采用X射線熒光測厚儀對樣品測試點激光聚焦后進行錫鍍層厚度測試。采用氬離子研磨儀(CP)制備截面樣品，使用掃描電鏡(SEM)對鍍錫前后及不同溫度熱處理的三維集流體進行表截面微觀形貌分析，結(jié)合能譜儀(EDS)和電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 (ICP-OES)分析其元素組成及分布的變化。通過X射線衍射儀(XRD)對鍍錫后及不同溫度熱處理后的三維集流體進行晶體結(jié)構(gòu)分析。
1.3 電化學(xué)性能測試
鋰銅半電池：分別以直徑12 mm的銅三維集流體(Cu CC)和鍍錫后銅三維集流體(Cu@Sn CC)為工作電極，以直徑16 mm的鋰銅復(fù)合箔(8 μm銅箔，30 μm鋰箔)為對電極和參比電極，采用18 μm PE基膜為隔膜，電解液為含有1 mol/L雙氟磺酰亞胺鋰鹽(LiFSI)的乙二醇二甲醚(DME)溶液，制作半電池。
庫侖效率測試：首先以0.5 mA/cm2的電流密度在銅三維集流體或鍍錫后銅三維集流體表面進行鋰沉積，10 h后再以相同的電流密度將沉積的鋰全部脫出，截止電壓為1.5 V；然后再以0.5 mA/cm2的電流密度在三維集流體表面預(yù)沉積4.5 mAh/cm2的鋰金屬，隨后以1 mA/cm2的電流密度和3 mAh/cm2的面容量進行恒流充放電，循環(huán)10次后將三維集流體表面剩余的鋰全部脫出，截止電壓為1.5 V。
NCM811全電池：將LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2粉末、導(dǎo)電炭黑和聚偏氟乙烯(PVDF)按質(zhì)量比90∶5∶5均勻分散在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，制成正極漿料。然后將其涂布在鋁箔表面，120 ℃真空干燥6 h，正極片活性物質(zhì)載量為17 mg/cm2。在經(jīng)過不同條件處理后的銅三維集流體表面輥壓10 μm鋰箔，作為負極，正負極N/P比為0.6。隔膜采用18μm PE膜，電解液為1 mol/L LiFSI溶解在DME中，組裝全電池。
循環(huán)性能測試：在25 ℃恒溫房內(nèi)進行循環(huán)性能測試，電壓范圍3.00~4.25 V，經(jīng)過兩次0.1 C充放電活化后，以0.5 C充電倍率和3 C放電倍率進行全電池循環(huán)性能測試。
2 結(jié)果與討論
2.1 錫鍍層對銅三維集流體性能的影響
實驗中所采用的三維銅集流體的表面和截面SEM形貌如圖1(a)和(b)所示，由三維骨架相互連接形成，呈現(xiàn)開放的多孔結(jié)構(gòu)，具有三維方向相互連通的鵝卵石型孔，整體孔隙率高達95%以上。相較于目前的商用銅箔，這種獨特的結(jié)構(gòu)既能提高負極比表面積，有效降低表面電流密度，抑制鋰枝晶的形成，又能提供充足的儲鋰空間，緩解充放電過程中負極側(cè)體積變化。
由于銅對鋰親和性較差，往往需要更高的過電勢才能實現(xiàn)鋰沉積過程，且容易導(dǎo)致鋰沉積不均勻，進而引起鋰枝晶生長等問題，采用電沉積的方式在其表面生長出具有極高親鋰性的金屬錫(Sn)層，用于誘導(dǎo)鋰沉積，改善鋰沉積不均勻的問題，鍍錫前后的微觀形貌如圖1(c)和(d)所示。鍍錫前集流體表面較光滑，主要由1~10 μm的銅晶粒組成；鍍錫后銅晶粒表面覆蓋了一層粒徑約幾十納米的錫顆粒。采用X射線熒光測厚儀對鍍錫后集流體正反兩面隨機選取的三個點位進行鍍層厚度測試，結(jié)果如表1所示，正反兩面的錫鍍層平均厚度分別為0.298和0.260 μm，整體鍍層厚度較均勻。
圖1 三維銅集流體表面(a)和截面(b)SEM形貌及鍍錫前(c)和鍍錫后(d)的微觀形貌
表1 錫鍍層厚度測試 μm
分別對鍍錫前后的三維集流體進行鍍鋰測試，在0.5 mA/cm2的電流密度下進行恒流放電，觀察初始階段鋰沉積情況，結(jié)果如圖2(a)所示。當(dāng)采用銅三維集流體時，鋰形核過電勢高達173 mV，而當(dāng)采用鍍錫后的銅三維集流體時，由于錫具有高親鋰性，能夠自發(fā)地與鋰反應(yīng)，在電壓高于0 V時，即發(fā)生了少量的嵌鋰反應(yīng)，提供了少量容量，不同于純銅體系，其電壓-容量曲線呈現(xiàn)出來的是一條略微傾斜的線。當(dāng)電壓下降至-72 mV時，出現(xiàn)了較明顯的合金化反應(yīng)，合金化反應(yīng)完成后開始鍍鋰，且相較于純銅體系，鋰形核過電位大幅下降，僅有79 mV。此外，在后續(xù)的鍍鋰過程中，鍍錫銅集流體的鋰沉積過電位也明顯低于純銅體系，二者分別為49和64 mV。
隨后，在1 mA/cm2的電流密度和3 mAh/cm2的面容量下對鍍錫前后的三維集流體進行庫侖效率測試，結(jié)果如圖2(b)所示。通過計算得到，銅三維集流體在10次鍍脫鋰循環(huán)中的平均庫侖效率為96.63%，而鍍錫后的銅三維集流體平均庫侖效率提升至98.53%，表明親鋰性的錫鍍層能夠明顯提升鋰沉積溶出的可逆性，減輕不可逆的鋰損失。
分別在銅三維集流體和鍍錫后的銅三維集流體表面覆10 μm鋰金屬，作為負極，搭配NCM811正極，組裝單片電池，測試其循環(huán)穩(wěn)定性。為了驗證其真實效果，本文未選用文獻中常用的紐扣電池，而是制作了更接近實際電池情況的單層軟包電池，且采用了厚正極與薄鋰結(jié)合的設(shè)計 (N/P=0.6)，測試其在大倍率充放電下(0.5C/3C)的循環(huán)性能。圖2(c)為循環(huán)過程中的容量保持率，從圖中可以看出，銅三維集流體經(jīng)過65次循環(huán)后，容量保持率就降至80%，而表面鍍錫處理后，循環(huán)性能有所提升，且主要體現(xiàn)在循環(huán)后期的穩(wěn)定性提升上面。循環(huán)過程中的庫侖效率如圖2 (d)所示，鍍錫后的銅三維集流體庫侖效率有所提高，尤其是在循環(huán)中后期，表明鋰的可逆脫嵌程度提高，因此具有更高的容量保持率。
圖2 鍍錫前后銅三維集流體初始鍍鋰曲線(a)和半電池庫侖效率(b)，以及全電池循環(huán)過程中的容量保持率(c)和庫侖效率(d)
2.2 熱處理后鍍錫銅三維集流體的表征
盡管錫具有誘導(dǎo)鋰均勻沉積，提升充放電過程鋰可逆性，進而提升鋰金屬電池循環(huán)穩(wěn)定性的能力，但從以上結(jié)果看，循環(huán)性能的提升并不顯著。這主要與表面錫鍍層嵌脫鋰后的體積變化有關(guān)，反復(fù)的膨脹收縮容易導(dǎo)致鍍錫層從銅集流體表面脫落，從而使表面鍍錫層的效果大打折扣。
為了解決上述問題，對鍍錫后的銅三維集流體進行熱處理，通過高溫條件下的熱擴散行為使錫原子彌散在銅集流體中，最終形成錫原子鉚釘在銅原子中的結(jié)構(gòu)，達到加固表面錫鍍層的效果。由于銅基體和錫鍍層均易被氧化，選擇在高純氬氣保護的氣氛下進行熱處理；為加快錫原子的擴散，在高于錫的熔點(232 °C) 溫度下，分別選取300、400、500、600、700 ℃ 5個溫度點，熱處理3 h，樣品記為T300, T400, T500, T600, T700，并與熱處理前的樣品 (Cu@Sn CC) 進行對比。
利用XRD對熱處理前后鍍錫銅三維集流體進行晶體結(jié)構(gòu)測定，結(jié)果如圖3(a)所示，由于錫鍍層較薄，錫金屬及含錫合金相含量較低，在XRD衍射圖譜中難以被觀察到，通過對衍射強度進行取對數(shù)(log10)處理，可以較清楚地將其顯示出來，結(jié)果如圖3(b)所示。從圖中可知，鍍錫后的銅集流體，除了主相Cu外，還含有Cu6.26Sn5和Cu3Sn相，并未檢測到純Sn相，表明Sn鍍層能夠自發(fā)地與Cu基體形成合金，且合金相以Sn含量較高的Cu6.26Sn5相為主。在300 ℃熱處理過程中，Sn原子和Cu原子各自在濃度梯度的驅(qū)動下相互擴散，組分中Sn含量較高的Cu6.26Sn5相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殄a含量較低的Cu3Sn相，最終形成以金屬Cu為主相，Cu3Sn合金為第二相的構(gòu)成。進一步提升熱處理溫度至400 ℃，表面的Sn原子充分?jǐn)U散進Cu基體中，幾乎無法檢測到主相Cu以外的其他相；更高溫度熱處理后，也均只檢測到金屬Cu相。
圖3 不同溫度熱處理前后三維集流體XRD圖譜(a)及衍射強度取對數(shù)后的XRD圖譜(b)
將鍍錫后的銅集流體和不同溫度熱處理后的鍍錫銅集流體取樣，通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)進行Sn含量測試，結(jié)果如表2所示。相較于未進行熱處理的樣品，經(jīng)過400、500和600 ℃熱處理后，Sn元素含量無明顯變化，結(jié)合XRD測試結(jié)果顯示僅含有金屬Cu相，表明此時表面的Sn已充分?jǐn)U散進Cu基體中；當(dāng)熱處理溫度升高至700 ℃時，測得的Sn元素含量明顯下降，這主要是由于Sn的熔點較低，在較高的熱處理溫度下，表面鍍層中的Sn部分揮發(fā)至周圍環(huán)境中所致。此外，經(jīng)過300 ℃熱處理后，測得的Sn含量有所上升，推測是由于該溫度下，伴隨著Cu6.26Sn5相的消失和Cu3Sn相的增加，出現(xiàn)了Sn元素的不均勻分布，進而導(dǎo)致測試結(jié)果偏離平均水平。
表2 不同溫度熱處理后ICP-OES測試結(jié)果 10-6
進一步地，采用掃描電子顯微鏡(SEM)研究鍍錫銅集流體熱處理前后的表面形貌變化，并結(jié)合能譜儀(EDS)對表面元素含量進行檢測。在相同放大倍數(shù)（10 000×）下，觀察熱處理前及不同溫度熱處理后鍍錫銅集流體表面微觀形貌，結(jié)果如圖4所示。圖4(a)為鍍錫后銅集流體表面狀態(tài)，可以看到，銅晶粒表面均勻覆蓋了一層納米顆粒；經(jīng)過300 ℃熱處理后，除原來的結(jié)構(gòu)外，表面還出現(xiàn)了亮白色的褶皺，結(jié)合前面的XRD和ICP-OES結(jié)果，該結(jié)構(gòu)與Cu3Sn相有關(guān)；400 ℃處理后，銅表面的納米顆粒逐漸消失，銅晶界變得模糊，且晶界處有深灰色偏析物出現(xiàn)；當(dāng)熱處理溫度升高至500 ℃時，銅基體的晶界完全熔合在一起，表面均勻分布一層幾十到一百納米的亮白色顆粒；當(dāng)溫度進一步升高到600 ℃時，亮白色納米顆粒消失，銅基體的晶界重新出現(xiàn)，且晶粒表面出現(xiàn)較多微裂紋；熱處理溫度進一步升至700 ℃時，晶粒表面的微裂紋發(fā)展成更大尺寸的裂紋，晶粒尺寸減小。
(a) 熱處理前，(b) 300 ℃，(c)400 ℃，(d)500 ℃，(e)600 ℃，(f)700 ℃
圖4 鍍錫銅三維集流體在熱處理前和經(jīng)過不同溫度熱處理后的表面SEM形貌
采用能譜儀 (EDS) 對樣品進行元素組成分析，由于能譜儀探測深度有限，該結(jié)果主要反應(yīng)的是樣品表面的元素構(gòu)成。排除掉C、O等雜原子后進行歸一化處理，得到的Cu、Sn原子占比如表3所示。未經(jīng)熱處理的樣品，表面Sn原子占比高達22.0%，隨著熱處理溫度的升高，表面Sn元素含量逐漸降低；當(dāng)溫度達到700 ℃時，幾乎檢測不到Sn元素的存在。以上結(jié)果表明，隨著熱處理溫度的升高，表面的Sn元素逐漸向Cu基體內(nèi)部擴散，最終形成Sn原子彌散分布在Cu基體中的效果。
表3 不同溫度熱處理后樣品表面SEM-EDS測試結(jié)果 %
為了進一步驗證上述結(jié)果，采用氬離子研磨儀(CP)將熱處理前及經(jīng)過300~600 ℃熱處理后的鍍錫銅集流體制成截面樣品，并使用掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDS)分析其元素組成和分布的變化，結(jié)果如圖5所示。從圖中可知，熱處理前，Sn元素主要分布在Cu基體的表層；熱處理過程中，表面的Sn元素向基體內(nèi)部擴散，且隨著熱處理溫度的升高，銅基體表面的Sn含量越來越低，內(nèi)部Sn含量越來越高，當(dāng)溫度升高至600 ℃，表層與內(nèi)部的Sn含量幾乎相當(dāng)，基本實現(xiàn)Sn元素在銅基體中的均勻分布。
(a)熱處理前，(b)300 ℃，(c)400 ℃，(d)500 ℃，(e)600 ℃
圖5 鍍錫銅三維集流體熱處理前和經(jīng)過不同溫度熱處理后的截面SEM形貌及相應(yīng)的Cu、Sn元素分布
2.3 熱處理對鍍錫銅三維集流體電化學(xué)性能的影響
為了探究熱處理對鍍錫銅三維集流體電化學(xué)性能的影響，分別在熱處理前及經(jīng)過300、400、500、600、700 ℃熱處理的鍍錫銅三維集流體表面覆10 μm金屬鋰，作為負極，分別記為Cu@Sn CC、T300、T400、T500、T600、T700，搭配NCM811正極(N/P=0.6)，組裝單層軟包電池，在3.00~ 4.25 V電壓范圍內(nèi)，采用0.5C充電倍率和3C放電倍率測試其循環(huán)穩(wěn)定性，結(jié)果如圖6所示。圖6 (a)為全電池循環(huán)過程中的容量保持率，相較于熱處理前的鍍錫銅集流體，不同溫度熱處理后，電池的循環(huán)性能均有不同程度的提升。其中，經(jīng)過300、400和500 ℃熱處理后的樣品循環(huán)穩(wěn)定性相差不大，相較于未經(jīng)過熱處理的樣品，循環(huán)壽命(80%容量保持率) 均提升約30次。經(jīng)過600 ℃熱處理后的鍍錫銅三維集流體循環(huán)性能則得到明顯提升，0.5C/3C倍率下循環(huán)130次后，仍有80%的容量保持率。進一步提升熱處理溫度至700 ℃后，電池循環(huán)性能又有所下降，80%容量保持率對應(yīng)的循環(huán)壽命降至115次。
循環(huán)過程中的庫侖效率如圖6(b)所示，熱處理前的鍍錫銅集流體庫侖效率與圖2(d)中表現(xiàn)一致，僅在循環(huán)前30次維持了較高的庫侖效率，后續(xù)循環(huán)過程中庫侖效率偏低，導(dǎo)致其循環(huán)性能不佳，這是由于充放電過程中反復(fù)的嵌脫鋰導(dǎo)致的鍍錫層體積膨脹收縮，使其與銅基體的接觸變差，從而失去效果。經(jīng)過300 ℃熱處理的樣品，充放電過程中庫侖效率波動較大，容量衰減較快。結(jié)合前面的分析可知，這主要與表面較多的Cu3Sn相有關(guān)。經(jīng)過400、500和600 ℃熱處理的樣品循環(huán)過程中的庫侖效率均達到99.5%，但600 ℃熱處理的樣品在循環(huán)前期，尤其是前80次循環(huán)過程中，保持了較高的平均庫侖效率，使得該樣品在整個循環(huán)過程中具有更優(yōu)異的容量保持率。結(jié)合前面對不同熱處理后鍍錫銅三維集流體表面形貌和Sn元素含量及分布的觀察可知，當(dāng)Sn原子均勻擴散進銅基體，形成Sn原子鉚釘在Cu原子中的結(jié)構(gòu)時，在充放電過程中才能長期保持較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進而發(fā)揮出Sn誘導(dǎo)鋰均勻沉積的效果。當(dāng)熱處理溫度提高至700 ℃時，平均庫侖效率較低，僅達到99.1%，這主要歸因于過高溫度下Sn的揮發(fā)導(dǎo)致的表面Sn元素含量過低。
圖6(c)和(d)分別為熱處理前和600 ℃熱處理后的鍍錫銅三維集流體循環(huán)過程中的充放電曲線。在前40次循環(huán)過程中，二者充電曲線的極化增長相近，但600 ℃熱處理后的放電容量保持率略有優(yōu)勢，且差異主要源于放電末期(電壓<3.4 V)的脫鋰量，說明此時未經(jīng)過熱處理的樣品鍍層結(jié)構(gòu)已較為疏松，與銅基體接觸變差，從而無法將剩余在鍍層中的鋰全部脫出，演變成“死鋰”。在第40次到第80次循環(huán)過程中，未經(jīng)過熱處理的樣品充電過程中極化繼續(xù)增大，放電容量也大幅下降，而經(jīng)過600 ℃熱處理的樣品第80次充電曲線與第40次相比，極化幾乎無明顯增加，放電容量也未發(fā)生明顯衰減現(xiàn)象，這主要歸因于鉚釘在Cu基體中的Sn原子在充放電過程中不致于因為較大的體積變化與銅基體失去接觸，從而能夠穩(wěn)定地發(fā)揮作用。由于負極僅有2 mAh/cm2的鋰，在更長的循環(huán)過程中，由于活性鋰和電解液的不斷消耗，以及伴生的SEI膜的不斷增長，仍會出現(xiàn)極化增長和容量衰減的問題，可通過提高負極的含鋰量來解決。
圖6 鍍錫銅三維集流體熱處理前后全電池循環(huán)過程中的容量保持率(a)和庫侖效率(b)，以及采用未進行熱處理鍍錫銅三維集流體(c)和600 ℃熱處理后鍍錫銅三維集流體(d)的充放電曲線
3 結(jié)論
本文采用電沉積的方法在三維銅集流體表面制備錫鍍層，用于改善鋰沉積，提高鋰的可逆脫嵌程度，進而改善鋰金屬電池的循環(huán)性能。進一步地，通過在惰性氣氛下熱處理的方式改善鍍錫銅三維集流體在長循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過對不同溫度熱處理樣品的晶體結(jié)構(gòu) (XRD)、表面和截面形貌(SEM)、體相(ICP-OES) 及表面 (SEM-EDS) 的Sn元素含量及分布等進行表征，發(fā)現(xiàn)在熱處理過程中表面鍍層中的Sn原子逐步擴散到銅基體中，最終實現(xiàn)Sn元素在銅基體中的均勻分布。與熱處理前的鍍錫銅三維集流體相比，經(jīng)過不同溫度熱處理后，鋰金屬電池的循環(huán)性能均有提升，其中600 ℃熱處理3 h后的樣品循環(huán)性能最佳，在厚正極(17 mg/cm2)和低N/P比(0.6)的條件下，能夠在較大的充放電倍率(0.5C/3C)下穩(wěn)定循環(huán)130次(容量保持率80%)。
致謝：感謝廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目的支持。
