锂电池“长寿”密码找到

天津10月23日电(记者孙玉松、通讯员马超)锂电池在使用过程中会产生枝晶。枝晶断裂不仅会导致电池容量衰减和寿命缩短，还可能刺破隔膜，导致电池短路和起火，造成安全问题。南开大学的梁家杰和陈永生以及江苏师范大学的赖朝研究小组共同提出了一种新的优化策略来解决这一问题。成功制备了多层结构的银纳米线-石墨烯三维多孔载体，并负载锂金属作为复合阴极材料。该载体能够抑制锂枝晶的产生，从而实现电池的超高速充电，有望大大延长锂电池的“使用寿命”。研究结果发表在最新一期的《先进材料》上。

近年来，世界上许多相关研究在锂阴极材料的设计和合成方面取得了重要突破，但迄今为止，它们还不能抑制高电流密度充放电下锂金属的枝晶生成和电极体积膨胀。因此，锂电池的长寿命和大容量“快速充电和快速放电”仍然是不可逾越的。

“将金属锂沉积到具有三维网络结构的多孔集流体中以构建金属锂复合阴极材料是目前解决上述难题的有效方法之一。”梁家杰说。基于这一认识，课题组首次提出了锂金属阳极理想三维载体材料的选择和优化策略，以实现超高电流密度和超长循环寿命。他们以石墨烯宏观三维网络为机械骨架，以银纳米线二维网络为导电结构，通过适合工业化生产的低成本涂覆-冷干法制备多级结构的银纳米线-石墨烯三维多孔载体，负载金属锂作为金属锂复合负极材料。

经测试，金属锂复合正极材料的比容量可达2573 mah/g；在对称电池试验中，首次实现了在40mAh/cm2的极高电流密度下重复充放电1000周以上，过电位低于120 mV。通过电镜观察可以看出，多级三维结构载体即使在最大电流充放电循环条件下，也能成功抑制金属锂负极中锂枝晶的生长和电极体积的变化。