便携式电子设备、电动汽车和储能电网的快速发展亟需开发具有高能量密度的二次电池。金属锂二次电池，因金属锂具有高理论比容量（3860 mA h g-1）、低密度（0.59 g cm-3）和最低的还原电位（相对于标准氢电位为−3.04 V）等优点，使其成为一种极具应用前景的高比能二次电池。然而，在充放电过程中，金属锂会发生巨大的体积变化及不均匀地沉积，形成针状和须状枝晶，导致电池内部短路，引发电池起火和其它危险事故。其次，锂金属表面原位形成的固体电解质膜会使电池在循环过程产生“死锂”、库仑效率降低以及循环寿命缩短，阻碍了金属锂在二次电池中的实际应用。
近日，中国科学院化学研究所郭玉国研究员和华中农业大学叶欢博士、曹菲菲副教授合作首次提出利用锂铝合金介质，调控金属锂的均匀成核，实现了金属锂的均匀生长，有效地解决了金属锂在安全性和循环稳定性等方面的问题。通过湿化学和磁控溅射法，制备得到由纳米铝包覆的三维纳米铜集流体，并用来引导金属锂在三维电极内部的均匀沉积与溶解。研究表明，当采用纳米铝包覆的三维纳米铜箔用于金属锂的沉积时，锂原位优先和铝发生合金化反应形成亲锂的锂铝合金层，此后这层锂铝合金层作为锂的成核位点，诱导金属锂呈现球状生长，避免形成枝晶，提高了电池的安全性能。此外，循环过程中，金属锂会出现不可逆损失，锂铝合金储存的锂会缓慢释放出来补偿损失的锂，保证锂负极的长循环稳定性。得益于上述优点，构筑的锂负极表现出超长的循环寿命（0.5 mA cm-2 循环1700 h，1.0 mA cm-2 循环1400 h）。除此之外，基于该负极构筑的全电池表现出优异的倍率性能和循环稳定性。该研究提出锂铝合金介质的概念，实现金属锂从枝晶形貌到非枝晶形貌的调控，是金属锂负极研究的重要突破，为可再充的金属二次电池的发展提供了新思路和新途径。
相关结果发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章第一作者为叶欢博士和郑自建博士（湖北大学）。
该论文作者为：Huan Ye, Zi-Jian Zheng, Hu-Rong Yao, Shun-chang Liu, Tong-Tong Zuo, Xiong-Wei Wu, Ya-Xia Yin, Nian-Wu Li, Jiang-Jiang Gu, Fei-Fei Cao, Yu-Guo Guo
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Guiding Uniform Li Plating/Stripping via Lithium Aluminum Alloying Medium for Long-Life Li Metal Batteries
Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201811955
导师介绍
郭玉国
http://www.x-mol.com/university/faculty/15510
叶欢
http://www.x-mol.com/university/faculty/50081
曹菲菲
http://www.x-mol.com/university/faculty/50080
（本稿件来自Wiley）
本文版权属于X-MOL（x-mol.com），未经许可谢绝转载！欢迎读者朋友们分享到朋友圈or微博！
长按下图识别图中二维码，轻松关注我们！
点击“阅读原文”，查看 化学 • 材料 领域所有收录期刊
