锂电池“长寿”密码找到

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锂电池在使用中会产生枝晶，枝晶断裂不仅会导致电池容量衰减和寿命降低，还会穿透隔膜，造成电池短路和起火，造成安全问题。南开大学梁家杰教授、陈永生教授和江苏师范大学赖超教授联合提出了一种新的优化策略来解决这一问题，成功制备了多级结构的银纳米线-石墨烯三维多孔载体，并负载金属锂作为复合正极材料。这种载体可以抑制锂枝晶的产生，从而实现电池的超高速充电，有望大大延长锂电池的“寿命”。研究结果发表在最新一期的《先进材料》杂志上。

近年来，世界上许多相关研究在锂正极材料的设计和合成方面取得了重要突破，但迄今为止，锂金属在高电流密度充放电下的枝晶生成和电极体积膨胀仍无法得到抑制，因此锂电池的长寿命和大容量仍是不可逾越的。

“将锂金属沉积到具有三维网络结构的多孔集流体中，构建锂金属复合负极材料是解决上述难题的有效途径之一。”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，以实现超高的电流密度和超长的循环寿命。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，采用低成本、兼容工业化生产的包覆-冷干法制备了多级结构的银纳米线-石墨烯三维多孔载体，并负载金属锂作为金属锂复合负极材料。

经测试，锂金属复合正极材料的比容量可达2573毫安时/克；在对称电池试验中，首次实现了在40毫安/平方厘米的极高电流密度下重复充放电1000周以上，过电位低于120毫伏。通过电镜观察可以看出，多级三维结构载体即使在极端电流充放电的循环条件下，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。