近日，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝團(tuán)隊(duì)將取向碳納米管層層交錯(cuò)組裝作為鋰金屬骨架成功實(shí)現(xiàn)了具有超高比容量(3656 mAh/g)、無枝晶的復(fù)合鋰金屬負(fù)極，并基于此負(fù)極大幅提升了鋰氧電池的循環(huán)性能，為高性能鋰金屬負(fù)極及鋰氧電池的材料設(shè)計(jì)提供了新的思路。日前國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)發(fā)表了該成果。

 

 

　　在該體系中，取向碳納米管能形成高比表面積(424.2 m2/g)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，在鋰金屬沉積/剝離過程中能有效分散實(shí)際電流密度，緩解鋰枝晶的生成，防止枝晶刺穿隔膜引起短路等安全問題。研究人員通過層層交錯(cuò)組裝三維取向碳納米管骨架，得到初始厚度僅為1 μm左右的碳納米管骨架，可直接作為集流體進(jìn)行電池組裝;其厚度隨著鋰金屬沉積量的增加而增大，始終保持電極整體處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，緩解了鋰金屬負(fù)極因充放電過程中產(chǎn)生巨大體積變化導(dǎo)致SEI膜破裂加劇電解液副反應(yīng)等問題;得益于該三維骨架輕質(zhì)(~0.07 mg/cm2)的特點(diǎn)，在引入骨架解決鋰負(fù)極枝晶問題的同時(shí)，所得到的復(fù)合電極展現(xiàn)出3656 mAh/g的比容量，達(dá)到了鋰金屬理論容量的94.7%。將該復(fù)合鋰金屬負(fù)極構(gòu)建鋰氧全電池表現(xiàn)出大幅提升的循環(huán)穩(wěn)定性。

 

 

　　該研究中提出的通過一維納米材料構(gòu)筑層層交錯(cuò)結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)化鋰負(fù)極及相關(guān)電池構(gòu)建中具備普適性。未來研究課進(jìn)一步優(yōu)化鋰金屬骨架的幾何微結(jié)構(gòu)、材料構(gòu)成及設(shè)計(jì)界面，繼續(xù)提升鋰負(fù)極的穩(wěn)定性和電化學(xué)性能，從而得到更高性能的鋰氧電池助力電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的發(fā)展。