中國粉體網(wǎng)訊 隨著智能手機,、電動汽車等產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，人們對兼具高能量密度,、高安全性的二次儲能電池的需求日益增長,。在各類電池材料體系中，金屬鋰具有高理論容量（3860mAh g–1）,、低氧化還原電勢（–3.04V vs. 標(biāo)準(zhǔn)氫電極）,、低密度（0.59 g cm–3）等優(yōu)勢，成為近年來儲能研究領(lǐng)域的前沿?zé)狳c課題,。然而,，金屬鋰負(fù)極在充放電過程中，容易與電解液發(fā)生各種副反應(yīng)形成不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面膜(SEI)并伴隨電極界面鋰的不規(guī)則沉積導(dǎo)致形成針狀或樹枝狀的鋰枝晶,。鋰枝晶的形成和生長會給電池體系帶來不可逆的容量損失,，甚至可能會穿過隔膜而導(dǎo)致電池正負(fù)極內(nèi)部短路引起過熱、自燃等安全隱患,。如何更好的調(diào)控金屬鋰在電化學(xué)沉積界面的成核以及沉積行為,、抑制電化學(xué)反應(yīng)過程中鋰枝晶生長是實現(xiàn)金屬鋰負(fù)極在高能量密度二次電池，包括鋰金屬固態(tài)電池,、鋰硫電池,、鋰空電池能否實現(xiàn)實際應(yīng)用的關(guān)鍵,。
近年來，青島能源所碳基材料與能源應(yīng)用研究組利用富碳結(jié)構(gòu)石墨炔分子中大量分布的活性炔鍵以及微納孔結(jié)構(gòu)等獨特性質(zhì),，將石墨炔及其衍生物應(yīng)用于金屬負(fù)極保護(hù),，取得了一系列的創(chuàng)新性研究成果。如石墨炔在金屬鋁負(fù)極表面可以有效降低鋁鋰合金的沉積電位,，抑制鋰在鋁負(fù)極界面的快速無序沉積,，緩解了電化學(xué)反應(yīng)過程中鋁負(fù)極的粉化失效；利用三維結(jié)構(gòu)石墨炔碳骨架的親鋰性和導(dǎo)電性,，可以在銅集流體表面實現(xiàn)穩(wěn)定的,、無枝晶的金屬鋰沉積（ACS Appl. Energy Mater. 2020, 3, 2623； ACS Sustain. Chem. Eng. 2020, 8, 1741,； Carbon 2019, 142, 401,；ACS Appl. Mat. Interfaces 2019, 11, 23990）。
圖 基于誘導(dǎo)沉積的方法可控制備薄層金屬鋰負(fù)極
在上述研究基礎(chǔ)上,，該研究組進(jìn)一步通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計將具有較大電負(fù)性和親鋰作用的含硫噻吩官能團(tuán)與炔鍵相連,，報道了一種通過誘導(dǎo)沉積的方法直接在集流體表面實現(xiàn)可控制備薄層海藻狀金屬鋰負(fù)極以提高鋰金屬電池循環(huán)穩(wěn)定性的方法。通過將具有較大電負(fù)性和親鋰作用的含硫噻吩官能團(tuán)與炔鍵相連,，可以實現(xiàn)噻吩炔表面鋰金屬的均勻成核和生長,，并形成由單個金屬鋰棒形成的海藻狀金屬鋰薄層。通過理論計算明確了噻吩炔中均勻分布的硫原子與炔鍵形成的協(xié)同效應(yīng)增強鋰與成核活性位點之間的相互作用,，優(yōu)化整個碳骨架區(qū)對于鋰的均勻吸附能力,，同時利用硫原子調(diào)控電荷在鋰與噻吩炔界面的轉(zhuǎn)移與傳輸性能，降低鋰的成核過電勢從而誘導(dǎo)鋰均勻成核,。研究結(jié)果表明,，制備的海藻狀薄層金屬鋰與銅箔上直接沉積的塊狀金屬鋰相比，體現(xiàn)出較低的成核過電勢與界面阻抗,，同時在對稱金屬鋰電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,。由海藻狀鋰金屬負(fù)極和Li4Ti5O12作為正極組裝的全電池在1000多個循環(huán)中具有優(yōu)異的容量保持率。
此項研究為制備具有特定形貌的薄層鋰金屬負(fù)極提供了一種簡便而可控的策略,。同時,，這項工作將有助于加深對金屬鋰沉積機理的認(rèn)識，并有望進(jìn)一步推動金屬鋰在無負(fù)極金屬鋰電池等高能量密度電池中的應(yīng)用,。本工作的相關(guān)研究成果最近以“Self‐Regulation Seaweed‐Like Lithium Metal Anode Enables Stable Cycle Life of Lithium Battery”為題發(fā)表在國際著名期刊Advanced Functional Materials上,。該研究獲得國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院重點部署等項目的支持,。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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