厦门大学郑志锋教授团队Adv. Funct. Mater.：实现50°C到-20°C宽温条件下高能混合锂离子/锂金属电池

题目：界面化学和亲锂性设计用于宽温范围内高能混合锂离子/锂金属电池

第一作者：吕泰裕

通讯作者：郑志锋， 梁立喆

单位：厦门大学，广西大学

混合锂离子/锂金属电池(LIB/LMBs)是一种使用少量碳负极（碳负极/正极<1）来混合存储Li离子/Li金属以实现锂电池更高能量密度的方案。混合LIB/LMBs降低了传统LIBs负极成本，避免锂金属电池制备过程对环境的苛刻要求。然而，在高低温、快充等条件下，混合LIB/LMBs仍面临Li可逆性差和枝晶生长等问题，导致电池稳定性差。

基于此，来自厦门大学郑志锋教授与合作者，在国际知名期刊Adv. Funct. Mater. 发文，通过碳纤维亲锂性和界面协同策略，即设计一种银纳米颗粒修饰石墨化层封装碳纳米纤维（G-CF-Ag）作为LIB/LMBs的集流体/负极，并调节界面化学，以提高混合电池的性能。石墨化外层有效地减少电极与电解液的副反应，纤维内部的硬碳结构保证电池快充和低电位存储的能力，银纳米粒子提高碳纤维亲Li性，并诱导Li均匀沉积/剥离。1M LiFSI-THF-0.5wt.%LiNO₃弱溶剂化电解质诱导界面化学，实现在快充和低温条件下Li离子快速传输。

结果，在混合存储（2.5-0 V, 0 V以下沉积500 mA h/g Li，≈1.25 mA h/cm² Li）中，电池在0.2 C下提供716 mA h/g的超高平台容量（电压0.1V以下容量），并在2 C快充150次循环内保持99.1%的平均CE。即使在50°C至-20°C的宽温度范围内，电池也能稳定运行。此外，N/P比为0.3时，G-CF-Ag||NCM811在0.2 C下提供587.5 W h kg⁻¹的高能量密度。在相同的N/P比条件下，G-CF-Ag||LFP在50°C至-20°C的宽温度范围内能够稳定循环。

采用简单的两步“脉冲焦耳热技术”即可制备具有亲Li性和石墨化层封装的碳纤维。石墨化外层有效地减少电极与电解液的副反应从而提升初始效率，纤维内部的硬碳结构保证电池快充和低电位存储能力，银纳米粒子提高碳纤维亲Li性，并诱导Li均匀沉积/剥离。

要点二：1M LiFSI-THF+0.5wt% LiNO₃弱溶剂化电解液调节界面

1M LiFSI-THF-0.5wt.%LiNO₃弱溶剂化电解质诱导界面富含LiF/Li₃N等无机成分，增强界面SEI膜强度，实现在快充和低温条件下Li离子快速传输和抑制锂枝晶生长。

要点三：碳纤维亲锂性和界面协同策略增强50°C到-20°C宽温条件下混合锂离子/锂金属电池性能

在混合存储（2.5-0 V, 0 V以下沉积500 mA h/g Li，≈1.25 mA h/cm² Li）中，电池在0.2 C下提供716 mA h/g的超高平台容量（电压0.1 V以下容量），并在2 C快充150次循环内保持99.1%的平均CE。即使在50°C至-20°C的宽温度范围内，电池也能稳定运行。

N/P比为0.3时，混合全电池G-CF-Ag||NCM811在0.2 C下提供587.5 W h kg⁻¹的高能量密度。在相同的N/P比条件下，G-CF-Ag||LFP在50°C至-20°C的宽温度范围内能够稳定循环。

要点四：不同N/P比的混合电池与传统LIBs、碳/Li复合负极的LMBs能量密度对比

Figure 1. G-CF-Ag的制备及形貌.

Figure 2. G-CF-Ag的理化性质和理论计算.

Figure 3. G-CF-Ag在50°C到-20°C宽温范围下混合半电池性能.

Figure 4. 揭示Li金属沉积/剥离过程，G-CF-Ag具有高度的可逆性.

Figure 5. 界面化学表征，LiF/Li₃N等组分有利于提升SEI膜的机械强度、促进锂离子在快充和低温条件的快速传输.

Figure 6. 混合全电池的电化学性能，提供不同N/P比混合电池与传统LIBs、碳/Li复合负极的LMBs能量密度对比，为高能量密度的混合LIB/LMBs或LMBs的合理设计提供理论指导.

Interfacial Chemistry and Lithiophilicity Design for High Energy Hybrid Li-Ion/Metal Batteries in a Wide Temperature Range.

郑志锋教授简介：厦门大学能源学院副院长（主持工作），主要从事碳基能源材料与器件、储能、生物质能源与双碳等方面的研究开发和产业化工作。主持完成国家级、省部级等各类科研项目 20 余项，现主持国家自然科学基金、国家重点研发计划、厦门市未来产业领域重大科技计划项目等各类科研项目8项。以通讯作者在Journal of Energy Chemistry、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Energy Storage Materials等国内外期刊上发表论文 260 余篇，获发明专利 20 余项，制订国家标准 2项，获中国产学研合作创新奖、云南省科技进步二等奖(排名第 1)、梁希林业科学技术二等奖(排名第 2)、中国可再生能源学会科技进步二等奖(排名第2)等奖项。

吕泰裕，厦门大学能源学院2021级博士生，目前研究兴趣是宽温域适用的高性能电解液设计、碳基材料用于锂/钠二次电池。发表相关SCI论文15篇，其中以第一作者在Advanced Energy Materials（2篇）、Advanced Functional Materials 、Small、Chemical Engineering Journal、Journal of Colloid and Interface Science等知名期刊发表SCI论文多篇，作为核心成员参与科研项目7 项。