鋰電池在使用過程中會產(chǎn)生枝晶，枝晶斷裂不僅會導(dǎo)致電池容量衰減，壽命打折，還可能刺透隔膜使電池短路起火引發(fā)安全問題。南開大學(xué)梁嘉杰、陳永勝教授課題組與江蘇師范大學(xué)賴超課題組合作提出了解決這一問題的新優(yōu)化策略，成功制備了具有多級結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負(fù)載金屬鋰作為復(fù)合負(fù)極材料。這一載體可抑制鋰枝晶產(chǎn)生，從而可實現(xiàn)電池超高速充電，有望大幅延長鋰電池“壽命”。該研究成果在最新一期《先進(jìn)材料》上發(fā)表。

近年來，世界各國有不少相關(guān)研究在鋰負(fù)極材料的設(shè)計合成上取得重要突破，但至今仍無法抑制金屬鋰在大電流密度充放電下枝晶產(chǎn)生以及電極體積膨脹的問題，因此鋰電池的長壽命、大容量“快充快放”依然難以逾越。

“把金屬鋰沉積到具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔集流體中構(gòu)建金屬鋰復(fù)合負(fù)極材料，是目前解決上述困難的有效途徑之一。”梁嘉杰介紹說。基于此認(rèn)識，課題組首次提出實現(xiàn)超高電流密度及超長循環(huán)壽命的理想金屬鋰負(fù)極三維載體材料選擇及優(yōu)化策略。他們利用石墨烯宏觀體三維網(wǎng)絡(luò)作為機(jī)械骨架，銀納米線二維網(wǎng)絡(luò)作為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，通過低成本、與工業(yè)化生產(chǎn)相兼容的涂布—冷干法，制備具有多級結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負(fù)載金屬鋰作為金屬鋰復(fù)合負(fù)極材料。

經(jīng)測試，該金屬鋰復(fù)合負(fù)極材料的比容量可達(dá)2573mAh/g;對稱電池測試中，首次實現(xiàn)了在極高電流密度40mAh/cm2下反復(fù)充放電1000周以上，并且過電勢低于120毫伏。通過電鏡觀察可以看到，該多級三維結(jié)構(gòu)載體即使在極大電流充放電的循環(huán)條件下，仍能成功抑制金屬鋰負(fù)極中鋰枝晶生長以及電極體積變化。