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近日，國際儲能材料領域的著名刊物《Energy Storage Materials》（影響因子17.789）報道了河南大學物理與電子學院白瑩課題組在鋰金屬復合負極方向的研究進展，相關成果以“Defect-abundant Commercializable 3D Carbon Papers for Fabricating Composite Li Anode with High Loading and Long Life”為題在線發表。

金屬鋰有著極高的理論比容量（3860 mAh g?1）和極低的還原電極電勢（3.04 Vvs.標準氫電極），被認為是高比能二次電池的理想負極材料之一。然而，金屬鋰在反復的沉積/脫出過程中容易形成鋰枝晶和發生體積膨脹等問題，導致鋰金屬電池的庫侖效率低，循環壽命短。將三維碳骨架結構引入鋰金屬負極中，形成復合鋰金屬負極，可以有效緩解鋰的體積膨脹和抑制鋰枝晶的生長。但是碳骨架結構的親鋰性是影響鋰沉積行為的關鍵因素，因此提高三維碳骨架的親鋰性以提高復合鋰金屬負極的電化學性能變得尤為關鍵。為了提高碳骨架結構的親鋰性，該團隊運用微波等離子體去膠機在商業三維碳紙上引入大量的碳缺陷，通過增加碳缺陷簡單高效地提升三維碳紙的親鋰性。匹配商業正極NCA材料（面容量為21.93 mg cm?2），循環500周后依然保持有160.2 mAh g?1的可逆容量。

與低親鋰性的三維碳紙材料相比，高親鋰性的三維碳紙材料可以顯著提高電池體系的電化學性能（圖1）。通過增加親鋰活性位點來抑制鋰枝晶的形成，有利于鋰離子在電極表面的沉積/脫出，進而誘導鋰離子的均勻輸運，使得鋰離子在復合負極表面沉積均勻。此外，復合負極在界面處形成穩定的SEI膜，使得電池的循環穩定性進一步得到提升。因此，親鋰的復合負極材料為未來金屬鋰負極的大規模應用提供了新的策略，并可推廣到更高能量密度的Li-S、Li-O2電池等其他二次儲能體系。

圖1.充滿缺陷的三維碳紙與未經處理的原始三維碳紙相比在提高電化學性能方面的優勢示意圖。

河南大學物理與電子學院為該論文的第一單位，河南大學白瑩教授、中國科學院物理研究所胡勇勝研究員為共同通訊作者，2016級博士研究生潘都為第一作者。該研究工作受到國家自然科學基金面上項目、國家重點研發計劃子課題、河南省中原英才計劃、河南省高等學校學科創新引智基地、河南省教育廳科技創新團隊、河南省高校科技創新人才項目、河南大學杰出青年培育基金等經費的資助。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829722002975#fig0003

參考資料：https://phye.henu.edu.cn/info/1054/5619.htm