隨著各類電子設(shè)備和清潔能源的興起，人們對高能量密度、長壽命電池的需求激增。鋰金屬作為發(fā)展高能量密度鋰金屬電池的重要的組成部分，具有非常高的理論比容量(3860 mAh g-1)和低的電化學(xué)電位(-3.04 V vs. 標(biāo)準(zhǔn)氫電極)。然而，在重復(fù)的循環(huán)過程中，鋰金屬負極存在著不受控的枝晶生長和體積膨脹問題，這將誘發(fā)鋰金屬電池內(nèi)部短路或發(fā)生熱失控等嚴重事故，并阻礙鋰金屬電池的進一步實際應(yīng)用。
圖1 電池循環(huán)后裸鋰金屬負極表面的枝晶生長和改性鋰金屬負極（G-Au@3D-Cu/Li）表面均勻鍍鋰行為的示意圖比較。 目前，使用親鋰納米顆粒改性的三維導(dǎo)電骨架是緩解鋰金屬負極不可控的體積膨脹和降低鋰離子成核能壘的有效手段。然而，這些親鋰的納米顆粒一邊與三維導(dǎo)電骨架連接，另一邊暴露在電解液中，在微電場作用下誘導(dǎo)了局域電子和鋰離子聚集，導(dǎo)致鋰沉積不均勻。近日，廣東工業(yè)大學(xué)李成超課題組通過化學(xué)氣相沉積法將石墨烯包覆在有親鋰金納米顆粒裝飾的泡沫銅骨架上，構(gòu)建了一種新型三維導(dǎo)電骨架（G-Au@3D-Cu），其中導(dǎo)電石墨烯層不僅降低了局域電流強度，還調(diào)節(jié)了鋰離子在親鋰性Au納米顆粒周圍的均勻再分布，從而抑制了鋰枝晶的生長。 圖2 裸鋰金屬負極和改性鋰金屬負極（G-Au@3D-Cu/Li）的電化學(xué)性能 在該工作中，改性鋰金屬電極（G-Au@3D-Cu/Li）在同等電流密度和容量循環(huán)下比裸鋰金屬電極展現(xiàn)出了更優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。同時，該改性鋰金屬電極與LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622)正極組裝的全電池循環(huán)穩(wěn)定性較得到了明顯的提高，且優(yōu)于很多報道過的鋰金屬電池。更重要的是，調(diào)節(jié)金納米顆粒周圍電場和鋰離子分布的概念可以推廣到其他親鋰位點，為無枝晶長壽命鋰金屬電池的開發(fā)提供新的思路。 論文信息 Graphene-Enabled Electric-Field Regulation and Ionic Redistribution Around Lithiophilic Aurum Nanoparticles Toward a Dendrite-Free and 2000-Cycle-Life Lithium Metal Battery Jianping Yan, Dr. Minghui Ye, Dr. Yufei Zhang, Dr. Yongchao Tang, Prof. Xiaoqing Liu, Prof. Cheng Chao Li Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202201151
