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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(fù)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(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(qiáng)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(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，該改性鋰金屬電極與LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂?(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(diǎn)，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

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