郑子剑AM：金属玻纤集流体提升锂电池18%的能量密度！

集流体是为电池中电极材料提供电子传输和机械支持不可缺少的部件。目前，由铜和铝制成的薄金属箔被用作锂电池的集流体，但它们对存储容量没有贡献。因此，减少集流体的重量可以直接提高电池的能量密度。然而，受限于机械强度的要求，很难再进一步减轻金属箔的重量。

图1. 金属玻璃纤维织物（MGF）的制备过程

香港理工大学郑子剑等报道了一种金属玻璃纤维织物（MGFs），作为一种新型的超轻、坚固、柔韧、电化学和热稳定以及防火的集流体。玻璃纤维已被普遍用作一种成本效益高、重量轻、强度高、柔韧和稳定的绝缘材料。

基于此，作者利用玻璃纤维的这些属性，在纤维表面保形地涂上一层薄薄的金属，使基底具有高导电性。虽然这些MGF的典型重量为2.9~3.2 mg cm^-2，分别比常用的铜箔和铝箔轻61%和24%，但它们拥有很高的抗拉强度和10万次弯曲测试的柔性。

图2. Gr/CuGF负极的电化学性能

进一步，作者证明MGFs与多种正负极材料，包括钴镍锰锂（NCM）、磷酸铁锂（LFP）、钴锂氧化物（LCO）、石墨（Gr）以及锂金属，在电化学上是兼容的，因此可以组装不同种类的锂离子电池和锂金属电池。只需用MGFs取代金属箔，锂电池的重量能量密度就会提高9～18%，而循环稳定性却没有明显下降。

此外，MGFs适用于柔性电池的制造。这项工作展示了一种高能量密度的柔性锂电池，其具有出色的柔性电池优点（fbFOM）和弯曲稳定性。

图3. 由MGF制成的柔性电极和LMB的性能

Metallic Glass Fiber Fabrics: A New Type of Flexible, Super-Lightweight, and Three-Dimensional Current Collectors for Lithium Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202211748

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