鋰金屬負(fù)極被認(rèn)為是高能量可充電池的理想材料。不幸的是，不受控制的鋰枝晶生長(zhǎng)和循環(huán)時(shí)的無(wú)限體積膨脹會(huì)導(dǎo)致庫(kù)侖效率較低、容量衰減過(guò)快和安全問(wèn)題。

南京航空航天大學(xué)申來(lái)法、德國(guó)赫爾姆霍茲研究所Stefano Passerini等人設(shè)計(jì)并制備了一種Al₂O₃包覆中空碳納米纖維（A-HCF）的智能結(jié)構(gòu)，作為穩(wěn)定的宿主，以調(diào)節(jié)鋰沉積行為。

由于薄的親鋰涂層和中空碳納米纖維的導(dǎo)電性不匹配，優(yōu)先沉積在中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋰允許對(duì)鋰沉積進(jìn)行調(diào)節(jié)。

此外，具有高電活性表面積的A-HCF作為機(jī)械穩(wěn)定的支架來(lái)限制鋰沉積，釋放沉積引起的應(yīng)力并降低局部電流密度。這種設(shè)計(jì)有效地抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)，并能夠有效利用整個(gè)納米纖維表面積，從而提高電極的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1 A-HCF上的鋰沉積/剝離

采用傳統(tǒng)的碳酸酯基電解液，在500次循環(huán)后，A-HCF電極顯示出高庫(kù)侖效率（97%），表明鋰沉積/剝離的可逆性得到改善。此外，基于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NMC811）正極和預(yù)鋰化A-HCF負(fù)極組裝的全電池在1 C下循環(huán)120次后表現(xiàn)出高容量保持率（94%），并提供高能量密度（363 Wh/kg NMC811）。

即使以5 C的倍率循環(huán)，使用不足三倍過(guò)量鋰的電池也能在50次循環(huán)中提供非常高的容量（133 mAh/g NMC811）。

圖2 全電池性能

A Mismatch Electrical Conductivity Skeleton Enables Dendrite–Free and High Stability Lithium Metal Anode. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106421