Li-Cu合金作为锂电池负极材料的电化学性能

从含有LiTFSI和Cu(p-oTs)2的1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐和N-甲基吡咯烷酮混合体系中电沉积出了Li-Cu合金。循环伏安测试表明，当Li从Li-Cu合金上溶解后，留下的Cu骨架仍然可以保持稳定。Li-Cu/LiFePO4电池的充放电测试表明当以0.2C的倍率充放电20个循环以后，电池的比容量可稳定保持在138.96 mAh/g。电化学阻抗谱和塔菲尔曲线测试表明在经过四个充放电循环后或者在电解液中浸泡三天以后，在Li-Cu合金表面形成了稳定的SEI膜。

由于金属Li 具有较高的能量密度和较负的电势，因此金属Li 可以作为Li 二次电池的理想负极材料[1]。然而，由于充放电过程中Li 电极表面Li 枝晶的产生，导致电池比容量下降甚至引起电池短路，阻碍了金属Li 作为Li 电池负极材料的大规模应用[2]-[5]。由于在电极和电解质界面之间的钝化膜(SEI 膜)的存在，可以使得Li 在电极表明均匀一致的沉积和溶解从而有效的抑制了Li 枝晶的产生[6]。因此，大量的研究集中在如何在电极表面形成均匀致密的SEI 膜，例如凝胶–固体聚合物电解质的应用和向电解液中加入添加剂[7]-[11]。

采用Li 合金同样可以有效的改善电极表面SEI 膜的稳定性。通过将金属Li 与活泼性较差的金属形成金属，可以降低金属Li 的活性并有效抑制电极与电解质界面的非法拉第反应。活泼性较差的金属在Li 反应后形成具有网状结构的骨架，在Li 的溶解和沉积过程中可以有效的抑制Li 枝晶的产生[12] [13]。

多种Li 合金已经被用来用作Li 电池的负极材料，例如Li-Al [14] [15]，Li-Si [16] [17]，Li-Mg [18] [19]， Li-Na [20]和Li-Sn [21]等等。据报道，Li-B 合金可以有效的抑制Li 枝晶的产生和生长，减小电极与电解质之间的界面电阻，从而提升电池性能[22]。

高温熔融盐电解是制备Li 合金常用的方法之一。然而，通过高温熔融盐电解制备出来的Li 合金的微观结构和形貌是不可控的。另外一个制备Li 合金的方法是首先电沉积出非活泼金属作为骨架，然后在其骨架上进行Li 离子的电沉积。这种方法可以控制Li 合金的成分，厚度及其微观形貌。由于金属Cu 在Li 离子电池中具有良好的导电能力和稳定性，结合金属Li 和Cu 的优点，我们采用离子液体作为电解液并成功成沉积出了具有不同Li 原子含量的Li-Cu 合金[23]。

在本文中， 我们将Li 原子含量较高的的Li-Cu合金作为Li 离子电池的负极材料并采用循环伏安，电化学阻抗谱，塔菲尔曲线和充放电测试对电池的电化学性能和充放电性能进行了测试。

2. 实验方法及过程 电沉积，循环伏安测试采用自制密封三电极体系，测试仪器采用Princeton Applied Research 2273。

在三电极体系中，工作面积为1 cm2 的铜片作为工作电极，采用铂片作为辅助电极，采用一根直径为0.5 mm 的铂丝作为参比电极。

电池测试采用扣式电池。在含有LiTFSI 和Cu(p-oTs)2 的1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐([EMIm][TFSI])和N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合体系([EMIm][TFSI]和NMP 体积比为2:1)中， 通过电沉积方