近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授姚宏斌課題組在提升鋰金屬負(fù)極循環(huán)穩(wěn)定性研究方面取得新進(jìn)展。該研究成果發(fā)表在6月2日出版的《納米快報(bào)》上（NanoLetter2016,16,4431–4437），并被選為MostReadArticle。

近幾年，有關(guān)鋰-硫電池、鋰-空氣電池中的硫和空氣正極的研究已取得了重要進(jìn)展，這使得研發(fā)高循環(huán)穩(wěn)定性和高安全性的鋰金屬負(fù)極更加迫切。抑制鋰金屬負(fù)極表面的鋰枝晶生長(zhǎng)是實(shí)現(xiàn)高能量密度鋰金屬電池的關(guān)鍵。鋰枝晶是由于鋰金屬負(fù)極表面鋰離子和電子密度的空間分布不均而導(dǎo)致的鋰離子不均勻沉積產(chǎn)生的。傳統(tǒng)的研究思路是通過(guò)電解液添加劑以及人工構(gòu)筑固體電解液界面膜來(lái)抑制鋰金屬表面的鋰枝晶生長(zhǎng)。

姚宏斌課題組從納米材料組裝體的構(gòu)筑出發(fā)，利用銅納米線三維網(wǎng)絡(luò)組裝體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅箔集流體，實(shí)現(xiàn)了鋰離子在負(fù)極的均勻分布，顯著提升了鋰金屬負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性。當(dāng)采用三維銅納米線網(wǎng)絡(luò)作為集流體時(shí)，一方面，由于其具有較大比表面積和貫通孔道，可以極大地減小鋰離子空間分布密度，使鋰離子分布均勻性顯著提高；另一方面，銅納米線良好的電導(dǎo)性使電子能在整個(gè)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)里更均勻快速地傳輸。均勻的鋰離子分布和電子傳輸使得鋰金屬沉積有效地發(fā)生在銅納米線表面，并被限制在三維網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部孔道中，極大地抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)，從而獲得高安全性和長(zhǎng)壽命的鋰金屬負(fù)極。

論文的第一作者是中國(guó)科大博士生盧磊磊。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新研究群體、國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目、蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心、國(guó)家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)基金、國(guó)家青年、中國(guó)科大啟動(dòng)基金等項(xiàng)目的支持。