北京理工大学黄佳琦/张学强团队：金属锂电池中碳基梯度亲锂和导电复合锂负极的研究进展

1 研究背景

金属锂具有极高的理论比容量和最低的还原电位，成为下一代高能量密度电池的理想负极材料。然而，循环期间不均匀的锂沉积/脱出行为和大体积波动等问题严重阻碍了金属锂负极的实际应用。引入三维骨架形成复合锂负极是解决上述问题的一种有效策略，可以促进均匀的锂沉积/脱出并缓解体积形变。在该领域，梯度复合锂负极可以引导锂自底向上沉积，从而最大限度地发挥复合锂负极的优势。由于碳骨架具有结构可调节性强、（电）化学稳定和重量轻等特点，碳基梯度复合锂负极受到了广泛关注。

2 工作简介

近期，北京理工大学黄佳琦、张学强研究团队在《新型炭材料（中英文）》（New Carbon Materials）上发表了题为“Advances in carbon-based composite anodes with gradients of lithiophilicity and conductivity used for stable lithium metal batteries”的综述文章。该综述总结了碳基梯度复合锂负极的最新进展，将其分为梯度亲锂骨架、梯度导电骨架和双梯度骨架，分别讨论了各类梯度骨架的特点和研究进展。梯度亲锂复合锂负极是在骨架底部修饰亲锂位点，在顶部修饰疏锂位点，使骨架对锂原子或锂离子的亲和力自底向上衰减，形成梯度亲锂性。梯度亲锂复合锂负极可以引导锂优先在骨架底部形核沉积，避免了锂沉积在骨架顶部。梯度导电复合锂负极是在骨架底部使用电导率高的材料，在顶部使用电导率低或电绝缘的材料，使骨架的电导率自底向上衰减。梯度导电复合锂负极可以调控电场分布，诱导锂优先沉积在导电性高的骨架材料上。双梯度复合锂负极则综合了梯度亲锂和梯度导电的优势，骨架底部为电导率高的亲锂材料，而顶部为电导率低的疏锂材料，可以同时调控离子和电子通路，协同调节锂均匀沉积。最后，对梯度复合锂负极的发展方向进行了展望，以望推动复合锂负极在高能量密度电池中的应用。

摘要

New Carbon Materials文章信息

WANG Ya-nan, ZHAN Ying-xin, ZHANG Xue-qiang, HUANG Jia-qi. Advances in carbon-based composite anodes with gradients of lithiophilicity and conductivity used for stable lithium metal batteries. New Carbon Mater., 2023, 38(4): 623-640.

王雅楠, 詹迎新, 张学强, 黄佳琦. 金属锂电池中碳基梯度亲锂和导电复合锂负极的研究进展. 新型炭材料（中英文）, 2023, 38(4): 623-640.

通讯作者简介

张学强：北京理工大学前沿交叉科学研究院副研究员，主要从事高比能电池中电极/电解液界面电化学过程及调控的研究工作，聚焦于高比能、长循环金属锂电池、锂硫电池等。先后于天津大学化工学院和清华大学化工系获得学士和博士学位。以第一/通讯作者在Nat Energy, Sci Adv, JACS, Angew Chem, Adv Mater, Chem, Joule, J Energy Chem, CCL等期刊发表SCI论文70余篇，h因子50。担任Chinese Chemical Letters青年编委。获得教育部自然科学一等奖、全国先进储能技术创新挑战赛技术创新奖、中国颗粒学会优秀博士学位论文等奖励。2021、2022年入选科睿唯安全球高被引科学家。

转自：“研之成理”微信公众号

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