西北工业大学《Small》：通过氮掺杂石墨烯网实现的高面容量、高倍率锂金属负极

成果简介

在解决锂金属阳极枝晶生长和体积膨胀方面，主体具有广阔的前景，但在高沉积容量和/或高电流密度的条件下仍可观察到锂枝晶。本文，西北工业大学AI Wei、DU Hong-Fang等研究人员在《Small》期刊发表名为“High-Areal Capacity, High-Rate Lithium Metal Anodes Enabled by Nitrogen-Doped Graphene Mesh”的论文，研究开发了一种掺氮石墨烯网格（NGM），它具有导电性和亲锂性支架，可实现锂的高效沉积。NGM 中丰富的纳米孔不仅能为锂离子沉积提供足够的空间，还能加速锂离子的传输，从而实现高速率的锂离子沉积能力。

此外，NGM上均匀分布的 N 掺杂剂可以引导锂的均匀成核，从而抑制枝晶的生长。因此，NGM@Li复合阳极在Li-S电池中显示出令人满意的电化学性能，包括在1C下循环300次后达到600mAh g-1的高容量，以及在3C下达到 438mAh g-1 的速率容量。

图文导读

图1、NGM的制备和形态表征

图2、NGM中锂电镀和剥离的机理示意图

图3、NGM和rGO电极的电化学性能

图4、基于NGM@Li电极和rGO@Li电极的Li–S全电池的电化学性能

小结

总之，通过自组装和退火技术，利用 GO 和 Vat Red F3B 构建了一种新型 NGM。NGM 独特的网状结构和纳米孔有利于离子在电极上的快速传输和锂的电镀行为，从而提高了电池的整体性能。此外，纳米孔的高比表面积和均匀通道可有效分配高电流密度，从而实现高倍率能力。N 掺杂剂可引导均匀的锂成核，有助于防止枝状晶的生长。因此，NGM 电极在 1 mA cm-2 和 1 mAh cm-2 的条件下循环超过700次后，CE约99%。此外，在 5 mAh cm-2 的大磁场容量条件下，NGM电极在100次循环中的 CE值约98.9%；在 5 mA cm-2的高电流密度条件下，NGM电极在100次循环中的CE值约为 98%。此外，即使在3C的高速率下，它也能达到438mAh g-1的放电容量。该研究关于制造石墨烯基主机的新见解为LMA的大面积容量和高速率能力提供了指导。

文献：https://doi.org/10.1002/smll.202305964