攔截鋰樹枝狀單層石墨烯電極可避免鋰電池短路

攔截鋰樹枝狀單層石墨烯電極可避免鋰電池短路

北京，7月15日，《科學(xué)技術(shù)日?qǐng)?bào)》（記者張嘉興）7月15日獲悉，軍事科學(xué)院與北京大學(xué)聯(lián)合研究小組合成了一種完美的單層石墨烯電極，揭示了鋰原子電沉積行為，填補(bǔ)了鋰原子電沉積的空白。鋰金屬在碳原子晶格上的非均相成核的基礎(chǔ)研究空白，打破了鋰電池的產(chǎn)業(yè)化，鋰枝晶等難題提供了理論依據(jù)，相關(guān)論文最近在《儲(chǔ)能材料》雜志上在線發(fā)表。

鋰枝晶在液態(tài)鋰電池中生長(zhǎng)，穿透隔膜，導(dǎo)致電池短路，研究小組成員、軍事科學(xué)院副研究員張浩介紹，近年來(lái)，利用多孔碳基材料構(gòu)建金屬鋰陽(yáng)極骨架，抑制鋰離子的形成。鋰的枝晶生長(zhǎng)規(guī)律紊亂，影響有限，其原因之一是缺乏對(duì)碳晶格鋰電沉積和成核的基礎(chǔ)研究。

為了了解鋰金屬是如何沉積在碳晶格中的，有必要獲得一個(gè)純的、無(wú)背景的生長(zhǎng)環(huán)境。為此，北京大學(xué)教授彭海林的研究小組結(jié)合形成了一個(gè)完美的碳原子基表面，利用化學(xué)氣相沉積法在銅箔上生長(zhǎng)出單層石墨烯。本文第一作者、研究組成員吳倩倩介紹了單層石墨烯可以消除多孔碳對(duì)鋰沉積的所有耦合因素，從而對(duì)鋰在碳晶格上的非均勻成核行為有了清晰的認(rèn)識(shí)。

在此基礎(chǔ)上，通過(guò)原位掃描電子顯微鏡（SEM）觀察等方法進(jìn)行了一系列的理論探索。結(jié)果表明，鋰在理想碳表面具有較高的形核勢(shì)壘和較硬的形核能力，其形核性能優(yōu)于傳統(tǒng)的金屬集電器（電池中的集電器）。因此，石墨烯被用來(lái)代替金屬作為捕收劑或抑制結(jié)晶。

研究小組還觀察到，碳晶格中的位錯(cuò)和其他缺陷可以促進(jìn)鋰枝晶交叉處的鋰核化和二次核化，這些結(jié)果將有助于理解鋰核化和鋰枝晶在碳原子晶格上生長(zhǎng)的機(jī)理，進(jìn)而產(chǎn)生更有效的三維結(jié)構(gòu)。NAL碳骨架鋰負(fù)極設(shè)計(jì)策略，解決了鋰枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題。

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