拦截锂树枝状单层石墨烯电极可避免锂电池短路

拦截锂树枝状单层石墨烯电极可避免锂电池短路

北京，7月15日，《科学技术日报》（记者张嘉兴）7月15日获悉，军事科学院与北京大学联合研究小组合成了一种完美的单层石墨烯电极，揭示了锂原子电沉积行为，填补了锂原子电沉积的空白。锂金属在碳原子晶格上的非均相成核的基础研究空白，打破了锂电池的产业化，锂枝晶等难题提供了理论依据，相关论文最近在《储能材料》杂志上在线发表。

锂枝晶在液态锂电池中生长，穿透隔膜，导致电池短路，研究小组成员、军事科学院副研究员张浩介绍，近年来，利用多孔碳基材料构建金属锂阳极骨架，抑制锂离子的形成。锂的枝晶生长规律紊乱，影响有限，其原因之一是缺乏对碳晶格锂电沉积和成核的基础研究。

为了了解锂金属是如何沉积在碳晶格中的，有必要获得一个纯的、无背景的生长环境。为此，北京大学教授彭海林的研究小组结合形成了一个完美的碳原子基表面，利用化学气相沉积法在铜箔上生长出单层石墨烯。本文第一作者、研究组成员吴倩倩介绍了单层石墨烯可以消除多孔碳对锂沉积的所有耦合因素，从而对锂在碳晶格上的非均匀成核行为有了清晰的认识。

在此基础上，通过原位扫描电子显微镜（SEM）观察等方法进行了一系列的理论探索。结果表明，锂在理想碳表面具有较高的形核势垒和较硬的形核能力，其形核性能优于传统的金属集电器（电池中的集电器）。因此，石墨烯被用来代替金属作为捕收剂或抑制结晶。

研究小组还观察到，碳晶格中的位错和其他缺陷可以促进锂枝晶交叉处的锂核化和二次核化，这些结果将有助于理解锂核化和锂枝晶在碳原子晶格上生长的机理，进而产生更有效的三维结构。NAL碳骨架锂负极设计策略，解决了锂枝晶生长问题。

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