使用金屬鋰作為鋰離子電池的負極材料需要克服兩個難題

困擾金屬鋰負極的主要問題是鋰枝晶，在循環(huán)過程中，由于局部極化的因素，使得金屬鋰表面生長鋰枝晶，當鋰枝晶生長到一定程度的時候就可能穿透隔膜，引發(fā)安全問題，此外如果鋰枝晶發(fā)生斷裂，就會形成“死鋰”，造成電池容量損失，因此鋰枝晶是阻礙金屬鋰負極應(yīng)用的最大障礙。

金屬鋰可完美替代石墨，做鋰離子電池的負極材料，從而使后者破解“續(xù)航里程差”的難題。近日，山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院馮金奎副教授課題組的這一最新成果發(fā)表在期刊《納米能量》上。這一技術(shù)的面世，讓被視為“不適合做電動車動力”的鋰電池迎來翻身希望。

純電動汽車是汽車產(chǎn)業(yè)的焦點話題，其核心部件之一鋰電池更是屢屢被推向風(fēng)口浪尖，對鋰電池性能和續(xù)航的“詬病”是最大的抱怨點。這源于鋰電池近年來技術(shù)一直沒有明顯突破。據(jù)了解，商業(yè)化電池負極主要是容量較低的石墨負極材料，限制了電池的能量密度和續(xù)航里程。與此形成對比，金屬鋰是一種非常理想的鋰電池負極材料，可解決其能量密度和續(xù)航里程問題。

馮金奎認為，要使用金屬鋰作為鋰離子電池的負極材料，主要需要克服兩個難題：安全性和循環(huán)壽命。困擾金屬鋰負極的主要問題是鋰枝晶，在循環(huán)過程中，由于局部極化的因素，使得金屬鋰表面生長鋰枝晶，當鋰枝晶生長到一定程度的時候就可能穿透隔膜，引發(fā)安全問題，此外如果鋰枝晶發(fā)生斷裂，就會形成“死鋰”，造成電池容量損失，因此鋰枝晶是阻礙金屬鋰負極應(yīng)用的最大障礙。

馮金奎副教授課題組利用真空蒸餾的方法脫除商業(yè)化黃銅中的低沸點金屬鋅來合成3D多孔銅，并作為鋰金屬負極的集流體。真空蒸餾是通過蒸發(fā)前驅(qū)體中的一種或多種組分，從而得到純的高沸點產(chǎn)物的一種方法。該方法對環(huán)境友好、成本低、易于工業(yè)化。所制備的多孔銅的孔徑和孔率可以通過蒸餾時間和溫度來調(diào)控，并且所產(chǎn)生的副產(chǎn)物鋅可以回收利用。該多孔銅作為金屬鋰負極集流體時，可以抑制鋰枝晶的生長，從而提高電池的安全性；也可以緩解循環(huán)過程中產(chǎn)生的體積膨脹，從而形成穩(wěn)定的SEI膜和電極結(jié)構(gòu)，得到良好的循環(huán)性能和倍率性能。