Chem. Eur. J. ：石墨烯与亲锂金纳米颗粒共修饰泡沫铜助力于无枝晶锂金属负极

随着各类电子设备和清洁能源的兴起，人们对高能量密度、长寿命电池的需求激增。锂金属作为发展高能量密度锂金属电池的重要的组成部分，具有非常高的理论比容量(3860 mAh g^-1)和低的电化学电位(-3.04 V vs. 标准氢电极)。然而，在重复的循环过程中，锂金属负极存在着不受控的枝晶生长和体积膨胀问题，这将诱发锂金属电池内部短路或发生热失控等严重事故，并阻碍锂金属电池的进一步实际应用。

图1 电池循环后裸锂金属负极表面的枝晶生长和改性锂金属负极（G-Au@3D-Cu/Li）表面均匀镀锂行为的示意图比较。

目前，使用亲锂纳米颗粒改性的三维导电骨架是缓解锂金属负极不可控的体积膨胀和降低锂离子成核能垒的有效手段。然而，这些亲锂的纳米颗粒一边与三维导电骨架连接，另一边暴露在电解液中，在微电场作用下诱导了局域电子和锂离子聚集，导致锂沉积不均匀。近日，广东工业大学李成超课题组通过化学气相沉积法将石墨烯包覆在有亲锂金纳米颗粒装饰的泡沫铜骨架上，构建了一种新型三维导电骨架（G-Au@3D-Cu），其中导电石墨烯层不仅降低了局域电流强度，还调节了锂离子在亲锂性Au纳米颗粒周围的均匀再分布，从而抑制了锂枝晶的生长。

图2 裸锂金属负极和改性锂金属负极（G-Au@3D-Cu/Li）的电化学性能

在该工作中，改性锂金属电极（G-Au@3D-Cu/Li）在同等电流密度和容量循环下比裸锂金属电极展现出了更优异的电化学稳定性。同时，该改性锂金属电极与LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ (NCM622)正极组装的全电池循环稳定性较得到了明显的提高，且优于很多报道过的锂金属电池。更重要的是，调节金纳米颗粒周围电场和锂离子分布的概念可以推广到其他亲锂位点，为无枝晶长寿命锂金属电池的开发提供新的思路。

论文信息

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