国家纳米中心在锂金属电池负极研讨方面获得发展

金属锂具有极高的理论比容量(3860 mAh/g，相当于商业化锂电池石墨负极的十倍)和极低的电化学反响电位，是一种极具远景的新一代储能电池(锂硫、锂空、固态金属电池等)负极资料。但是，以金属锂作为负极存在彼此控制的应战，包含充放电过程中的锂枝晶成长、固态电解质界面膜不安稳性及随同的巨大体积改变等，不只下降电池功率、缩短使用寿命，还带来不行忽视的安全隐患，长时间限制其实践使用。针对上述难题，各种计划已被广泛演示，如电解液成分的调控、人工界面膜的引进、三维集流体的构建等。但是，面向实践使用及超厚电极电池开展需求，在高面负载和高电流密度下完成其安稳循环仍极具应战性。

中国科学院国家纳米科学中心研讨员李祥龙一向致力于储能杂化资料的结构规划、系统工程、构效联系及使用探究，包含锂离子及锂金属电池。最近，由叶脉取得启示，李祥龙及其团队提出一种宿主空间调制战略，选用木头碳化和化学气相堆积技能制备出一类具有自支撑三维结构的碳纳米纤维网络均匀掩盖的低迂曲度碳质微沟道笔直阵列(CTC)，用于锂金属复合负极。该三维宿主资料仿照叶脉中的“协作分工”，一方面，低迂曲度碳质微沟道不只可包容充放电过程中的体积改变，还供给长程范围内锂离子的均匀、直接和快速输运通道;另一方面，均匀掩盖的碳纳米纤维网络通过强的毛细效果进步电解液亲和力，然后作为部分储液池，促进锂离子在短程范围内的均匀散布和堆积。

根据碳质微沟道和碳纳米纤维的空间协同及锂离子输运和散布的分工协作，CTC可接受极点的面负载和面电流密度，在不同高面负载和高电流密度下(别离高达40 mAh/cm2和40 mA/cm2)表现出高的锂堆积功率及循环安稳性，且兼具高安全特征。比方，其在电流密度为10 mA/cm2和面容量为30 mAh/cm2的极点严苛条件下能够以很低的极化、无枝晶、安稳地循环1080圈以上，根据CTC和钴酸锂正极拼装的全电池在商业水平的负载条件下(3.4 mAh/cm2)循环200圈后容量坚持率仍高达86%(400圈为79%)。上述研讨为高功能锂及其他金属负极的规划、构建及使用供给了一种新思路和新途径。

该项作业以Spatially Hierarchical Carbon Enables Superior Long-Term Cycling of Ultrahigh Areal Capacity Lithium Metal Anodes为题于2月11日宣布在Matter上。该研讨得到国家自然科学基金委、中科院等的支撑。

碳纳米纤维网络均匀掩盖的低迂曲度碳质微沟道笔直阵列的规划、结构、制备及功能