福建师范大学，Carbon：触发式梯度的碳化ZIF-8逆转锂枝晶实现稳定的锂金属负极

通讯作者：朱孟琪*，章锦丹*

单位：福建师范大学

以锂金属负极为基础的锂金属电池以其电化学性能的优异潜力受到越来越多的关注。然而，锂负极仍然存在许多问题，例如锂枝晶的不可控生长、不稳定的负极/电解质界面以及循环过程中巨大的体积变化等等。其中锂枝晶的不可控生长不仅会导致活性材料的损失、甚至会刺穿隔膜导致电池的短路。多种方法如预植入成核位点、三维集流体构筑等都在抑制锂枝晶方面取得了显著效果。但是考虑到负极表面的天然不均匀性和锂负极在循环过程中的巨大体积变化，锂枝晶的形成和生长难以彻底消除，特别是在高电流密度或大面积电极的情况下。然而，对于形成初期的锂枝晶的处理重视不够，这就造成了一个关键问题，即在电场作用下，由于尖端效应，枝晶的生长会进一步加速，恶化电池状态。因此，针对性钝化锂枝晶、抑制其生长甚至逆转其形态的锂负极集流体是非常需要的，以应对初期或已形成的锂枝晶。

近日，来自福建师范大学的朱孟琪副教授和章锦丹副教授，在国际知名期刊Carbon上发表题为“Reversing lithium dendrites via trigger-type carbonized ZIF-8 gradient for stable lithium metal anodes”的文章。该文章开发了一种具有梯度分布的触发型碳化ZIF-8（cZIF-8）纳米颗粒的三维绝缘玻璃纤维骨架（GF-cZIF8）作为应对锂枝晶的缓冲层。该GF-cZIF8缓冲层和金属箔集流体接触的界面上存在的大量导电碳化ZIF-8纳米颗粒能够诱导锂的均匀成核。局部不均匀的锂沉积接触到梯度分布的碳化ZIF-8纳米颗粒时，纳米颗粒的大比表面积和丰富孔隙能够均匀化其尖端离子场/电场分布，降低局部生长速率，同时同一梯度的碳化ZIF-8纳米颗粒转变枝晶的垂直生长趋势为横向生长。而在脱锂时，这些纳米颗粒大比表面积和丰富孔隙能够加快界面反应，促进尖端锂的脱出，逆转锂枝晶。最后，玻璃纤维绝缘性避免锂沉积在顶部，同时改善锂离子的分布均匀性，但不会与锂发生反应，避免锂的消耗。因此，GF-cZIF8缓冲层使得铜箔集流体在280次循环后的库仑效率高达98%，沉积锂后的GF-cZIF8-Li负极在1mA/cm²||1mAh/cm²参数下电压迟滞低至17mV，稳定循环超1100 h。

Reversing lithium dendrites via trigger-type carbonized ZIF-8 gradient for stable lithium metal anodes

朱孟琪副教授，福建师范大学化学与材料学院。福建省高层次人才、“宝琛计划”青年英才。从事新能源材料和界面电化学方面研究，主持了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、福建省市区县科技特派员项目、“宝琛计划”青年英才项目等多项课题研究，科研成果已在Science Advances，Advanced Energy Materials，Nano Energy，Carbon，Journal of Colloid and Interface Science等国内外期刊发表30余篇论文，已授权专利6项。担任国际知名期刊eScience青年编委，获eScience Young Scientists Award。

章锦丹副教授，福建师范大学化学与材料学院。福建省高层次人才、福建师范大学青年英才。长期从事能源材料和器件相关研究，主持了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、福建省中青年教师基金等多项课题研究，科研成果已在Angewandte Chemie-International Edition，Nano Energy，Chemical Engineering Journal，Carbon，Small等国内外期刊发表30余篇论文，已授权专利4项。