隨著各類(lèi)電子設(shè)備和清潔能源的興起，人們對(duì)高能量密度、長(zhǎng)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(guò)程中，鋰金屬負(fù)極存在著不受控的枝晶生長(zhǎng)和體積膨脹問(wèn)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(yán)重事故，并阻礙鋰金屬電池的進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用。
圖1 電池循環(huán)后裸鋰金屬負(fù)極表面的枝晶生長(zhǎng)和改性鋰金屬負(fù)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(fù)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(chǎng)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(guò)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(qiáng)度，還調(diào)節(jié)了鋰離子在親鋰性Au納米顆粒周?chē)木鶆蛟俜植?，從而抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)。 圖2 裸鋰金屬負(fù)極和改性鋰金屬負(fù)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(shí)，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(bào)道過(guò)的鋰金屬電池。更重要的是，調(diào)節(jié)金納米顆粒周?chē)妶?chǎng)和鋰離子分布的概念可以推廣到其他親鋰位點(diǎn)，為無(wú)枝晶長(zhǎng)壽命鋰金屬電池的開(kāi)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
