高安全高容量的復(fù)合鋰金屬負(fù)極領(lǐng)域的研究取得的重要進展

金屬鋰具有極高的理論比容量和最低的氧化還原電極電勢，因而成為了下一代高能量密度儲能電池（下一代固態(tài)鋰電池、鋰硫電池、鋰空電池等）最理想的負(fù)極材料。然而，金屬鋰充放電過程中的枝晶問題和鋰與電解質(zhì)界面膜的不穩(wěn)定性嚴(yán)重降低了鋰金屬電池的循環(huán)效率，縮短了電池的使用壽命，甚至帶來了一定程度的安全隱患，嚴(yán)重阻礙了鋰金屬電池的發(fā)展。

最近，研究者們提出了諸多基于導(dǎo)電碳骨架或金屬骨架的金屬鋰負(fù)極。然而，很多此類骨架并未預(yù)先復(fù)合金屬鋰，而是作為無鋰集流體進行半電池測試。這樣的無鋰集流體難以直接應(yīng)用到全電池中。因此，如何高效地將金屬鋰預(yù)先復(fù)合到集流體結(jié)構(gòu)中、形成可直接裝配為全電池的高性能復(fù)合鋰金屬負(fù)極成為了研究的重點。

清華大學(xué)張強教授研究團隊針對金屬鋰電池對于復(fù)合電極的迫切需求，提出一種珊瑚狀碳纖維熔融灌鋰的復(fù)合鋰金屬負(fù)極。采用電鍍銀涂層的方法將碳纖維骨架（CF）的表面改性為親鋰表面，進而可使液態(tài)熔融金屬鋰能夠迅速吸入具有銀涂層的碳纖維骨架（CF/Ag），從而制得高性能的復(fù)合鋰金屬負(fù)極（CF/Ag-Li）。

銀鍍層一方面可使任何導(dǎo)電骨架改性為可虹吸液態(tài)熔融鋰的親鋰導(dǎo)電骨架，另一方面還可以降低金屬鋰的沉積過電勢，獲得高倍率下優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和無枝晶無“死鋰”的循環(huán)形貌。通過原位金屬鋰沉積實驗觀察，發(fā)現(xiàn)在該復(fù)合結(jié)構(gòu)中難以形成枝晶。所提出的復(fù)合鋰金屬負(fù)極可以在10 mA cm^-2和10 mAh cm^-2的極端苛刻條件下以很低的極化穩(wěn)定循環(huán)超過160圈。相比常規(guī)金屬鋰負(fù)極，該復(fù)合鋰金屬負(fù)極能夠承受極端的面電流密度和面容量循環(huán)，表現(xiàn)出高安全性特征。