蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，廈門大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新策略，可用于制造無枝晶鋰金屬電池，其基礎(chǔ)是利用預(yù)隧穿石墨層在石墨中形成夾層和層內(nèi)原子通道。所獲得的原子通道，能夠支持鋰快速自由地?cái)U(kuò)散，并具有增強(qiáng)動(dòng)力學(xué)特性。

（圖片來源：greencarcongress）

以鋰作為儲能系統(tǒng)中的負(fù)極材料，具有諸多優(yōu)勢，例如理論容量極高，達(dá)到3860 mA h g-1。然而，因鋰枝晶生長引起安全問題，其實(shí)際應(yīng)用受到阻礙。鋰在電極/電解質(zhì)界面的不均勻和不可控聚集，會引起不良枝晶生長。由于不理想的電化學(xué)性能和嚴(yán)重的安全問題，其進(jìn)一步應(yīng)用受到影響。因?yàn)殇囋谪?fù)極表面擴(kuò)散遠(yuǎn)快于整體擴(kuò)散，所以調(diào)節(jié)鋰在負(fù)極表面的擴(kuò)散/沉積，被認(rèn)為是誘導(dǎo)鋰均勻沉積的主流方法。

以前的工作主要集中于構(gòu)建具有三維開放結(jié)構(gòu)的碳骨架和/或加入引導(dǎo)粒子，如Au、Ag金屬納米顆粒和Co、Ni單原子。在表面沉積之前，Li+必須克服很大的能壘才能插入石墨層。這會導(dǎo)致層膨脹，并且這些離子整體上被限制在典型的C6LiC6形態(tài)中，從而影響其擴(kuò)散性。因此，很少有人認(rèn)為塊狀石墨可以攜帶致密而快速的鋰離子流，多層鋰通過石墨層擴(kuò)散的潛力未得到充分利用。

研究人員通過密度泛函理論（DFT）計(jì)算和原位透射電子顯微鏡（TEM），開創(chuàng)性證明了在兩層石墨烯之間存在多層致密鋰的可行性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過典型的C6LiC6結(jié)構(gòu)。然而，雙層石墨片的插入和擴(kuò)散性能，無法等同于其從中剝離出來的塊狀碳。此外，非擴(kuò)展性材料制備，使其在高性能LMBs中的實(shí)際應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。 受這項(xiàng)工作的啟發(fā)，通過預(yù)隧穿石墨層，可以構(gòu)建通過塊狀碳擴(kuò)散鋰的新路徑。借助于所得到的原子通道，能夠?qū)崿F(xiàn)超密度鋰自由快速地?cái)U(kuò)散，大大提高了動(dòng)力學(xué)和安全性。

在這項(xiàng)研究中，研究人員采用分子隧道策略，構(gòu)建了一種具有豐富原子通道的體擴(kuò)散鋰導(dǎo)體（BDLC），用于超密度鋰輸送。通過預(yù)隧穿石墨層（層間距約為7 ?），同時(shí)引入空位和親鋰位點(diǎn)，從而建立鋰離子擴(kuò)散的夾層和層內(nèi)通道。與傳統(tǒng)的表面擴(kuò)散/沉積機(jī)制不同，這種原子通道可以有效緩解由非均勻表面沉積引起的枝晶問題，實(shí)現(xiàn)快速的體擴(kuò)散。

將新型負(fù)極材料與高載荷LiFePO 4（LFP）正極配對，可實(shí)現(xiàn)3.9 mAh cm -2的高面容量，并可在370次循環(huán)中100%保持容量。

研究人員表示，體擴(kuò)散策略提供了不同于傳統(tǒng)表面擴(kuò)散的新視角，并將拓展對超密度鋰擴(kuò)散的認(rèn)識，也重新定義了抑制鋰枝晶的研究。

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