赵丹教授，Jim Yang Lee教授，王贵领教授，JMCA观点：导电金属框架稳定锂金属负极表面的研究- 大数跨境

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赵丹教授，Jim Yang Lee教授，王贵领教授，JMCA观点：导电金属框架稳定锂金属负极表面的研究

科学材料站

2021-05-11

导读：该文章分析了二维导电金属框架材料对锂沉积的影响和性能研究。

文章信息

导电金属框架稳定锂金属负极表面的研究

第一作者：赵婧

通讯作者：赵丹*，Jim Yang Lee*，王贵领*

单位：新加坡国立大学，哈尔滨工程大学

研究背景

锂(Li)金属由于具有高能量密度和低电位的特点，被视为锂电池中最有前景的负极材料。然而，循环过程中锂负极存在的锂枝晶问题仍然没有得到解决，影响了锂金属负极的稳定性和电池的安全性，阻碍了锂金属负极的实际应用。本文报道了导电金属框架材料修饰铜箔作为集流体，在实现无枝晶的锂金属沉积方面展现了独特的优势。

文章简介

近日，来自新加坡国立大学的赵丹教授与哈尔滨工程大学的王贵领教授合作，在国际知名期刊JMCA上发表题为“Stabilization of Lithium Metal Anodes by Conductive Metal-Organic Framework Architectures”的文章。

该文章分析了二维导电金属框架材料对锂沉积的影响和性能研究。

图1. Ni3(HITP) 2@Cu-foil的合成过程及Li在不同集流体上的沉积过程。

本文要点

要点一：金属有机框架/铜箔集流体的亲锂性

在锂沉积的过程中，Ni3(HITP)2层中的吡啶氮和吡咯氮基团有利于锂/氮键的形成。同时，Ni3(HITP)2可以降低集流体的表面能垒，进一步提高集流体的亲锂性，为后续的Li沉积提供均匀的种子层，有效的抑制了锂枝晶的形成。

要点二：金属有机框架/铜箔集流体的多孔性

金属有机骨架是由无机二级构件和有机连接体构成的一类具有良好结晶度的新型多孔材料，其可调的孔径、大的比表面积和可控的化学成分使其成为锂离子电池的理想材料。

相比于块状的graphite颗粒，多孔的Ni3(HITP)2纳米片能够实现离子快速传输，较大的比表面积为锂离子提供了丰富的扩散路径，有效的降低了锂沉积过程中的成核过电位，确定了其在稳定锂离子电池中锂负极方面的可行性。

要点三：金属有机框架/铜箔集流体的高导电性

作为锂离子电池的集流体需要具有好的导电性，相比于不导电的Ni-NDC，Ni3(HITP)2具有更低的界面阻抗，使Li+在沉积/剥离的过程中具有快速的电子转移。

要点四：前瞻

二维多孔Ni3(HITP)2修饰的铜箔集流体可以诱导锂离子均匀沉积，抑制锂枝晶的生长，有利于其在锂离子电池中的实际应用。在后续的研究中，Ni3(HITP)2也可作为电极材料应用于不同的储能器件中，并可进行对其形貌的调控和性能研究。

本文链接

Stabilization of Lithium Metal Anodes by Conductive Metal-Organic Framework Architectures

DOI: 10.1039/D1TA01568K.

通讯作者介绍

赵丹教授。

2003年毕业于浙江大学高分子科学与工程学系本科，2006年取得浙江大学高分子科学与工程学系硕士学位，2010年取得德克萨斯A&M大学的博士学位。赵丹教授在完成他在美国阿贡国家实验室的博士后训练后，于2012年成为新加坡国立大学化学与生物分子工程系的一名副教授。赵丹教授的研究方向主要是用于清洁能源和环境可持续的先进多孔材料和膜。

Jim Yang Lee 教授。

Prof. Lee is a full professor and currently the Head of Chemical and Biomolecular Engineering (ChBE). He is also the director of Center for Energy Research & Technology (CERT) at NUS.

第一作者介绍

赵婧博士。

哈尔滨工程大学博士，于新加坡国立大学进行联合培养，博士期间以第一作者在JMCA，CEJ，JPS等国际期刊上发表SCI收录论文10篇，其中高被引一篇。

课题组介绍

https://www.eng.nus.edu.sg/chbe/staff/chezhao/