研究团队开发基于原子通道的新策略 可用于制造无枝晶锂金属电池

据国外媒体报道，厦门大学的研究团队开发了一种新策略，基于预隧穿石墨层在石墨中形成层间和层内原子通道，可用于制造无枝晶的锂金属电池。所获得的原子通道可以支持锂的快速和自由扩散，并且具有增强的动力学特性。

(来源:绿色汽车大会)

在储能系统中使用锂作为负极材料具有许多优点，如极高的理论容量，达到3860mA·h·g-1。然而，由于锂枝晶生长带来的安全问题，阻碍了其实际应用。锂在电极/电解质界面的不均匀和不可控制的积累将导致不良的枝晶生长。由于电化学性能不理想和严重的安全问题，影响了它的进一步应用。因为锂在负电极表面的扩散比整个扩散快得多，所以调节锂在负电极表面的扩散/沉积被认为是诱导锂均匀沉积的主流方法。

以前的工作主要集中在构建具有三维开放结构的碳骨架和/或添加导向颗粒，如金、银金属纳米颗粒和钴、镍单分子层。在表面沉积之前，Li+在插入石墨层之前必须克服大的能垒。这将导致该层膨胀，这些离子整体上被限制在典型的C6LiC6形式，从而影响其扩散率。因此，很少有人认为块状石墨可以承载密集快速的锂离子流动，多层锂通过石墨层扩散的潜力没有得到充分发挥。

通过密度泛函理论(DFT)计算和原位透射电子显微镜(TEM)，研究人员创造性地证明了在两个石墨烯层之间存在多层致密锂的可行性，远远超过了典型的C6LiC6结构。然而，双层石墨片的插入和扩散性能不能等同于从其上剥离的大块碳。此外，非膨胀材料的制备使其在高性能LMBs中的实际应用远远不够。受此工作的启发，通过预隧穿石墨层可以构建一种新的锂扩散途径。借助得到的原子通道，可以实现超致密锂的自由快速扩散，动力学和安全性大大提高。

在这项研究中，研究人员使用分子隧道策略构建了一种具有丰富原子通道的体扩散锂导体(BDLC)，用于超密度锂传输。通过预隧穿石墨层(层间间距约为7)并同时引入空位和亲锂位，建立了锂离子扩散的层间和层内通道。与传统的表面扩散/沉积机制不同，这种原子通道可以有效缓解表面沉积不均匀导致的枝晶问题，实现快速体扩散。

将新型负极材料与高负载LiFePO 4(LFP)负极配对，可获得3.9 mAh·cm-2的高表面容量，370次循环后容量可保持100%。

研究人员表示，体扩散策略提供了不同于传统表面扩散的新视角，这将扩展对超密度锂扩散的理解，并重新定义抑制锂枝晶的研究。据国外媒体报道，厦门大学的研究团队开发了一种新策略，基于预隧穿石墨层在石墨中形成层间和层内原子通道，可用于制造无枝晶的锂金属电池。所获得的原子通道可以支持锂的快速和自由扩散，并且具有增强的动力学特性。

(来源:绿色汽车大会)

在储能系统中使用锂作为负极材料具有许多优点，如极高的理论容量，达到3860mA·h·g-1。然而，由于锂枝晶生长带来的安全问题，阻碍了其实际应用。锂在电极/电解质界面的不均匀和不可控制的积累将导致不良的枝晶生长。由于电化学性能不理想和严重的安全问题，影响了它的进一步应用。……由于锂在负电极表面的扩散比整个扩散快得多，调节锂在负电极表面的扩散/沉积被认为是诱导锂均匀沉积的主流方法。

以前的工作主要集中在构建具有三维开放结构的碳骨架和/或添加导向颗粒，如金、银金属纳米颗粒和钴、镍单分子层。在表面沉积之前，Li+在插入石墨层之前必须克服大的能垒。这将导致该层膨胀，这些离子整体上被限制在典型的C6LiC6形式，从而影响其扩散率。因此，很少有人认为块状石墨可以承载密集快速的锂离子流动，多层锂通过石墨层扩散的潜力没有得到充分发挥。

通过密度泛函理论(DFT)计算和原位透射电子显微镜(TEM)，研究人员创造性地证明了在两个石墨烯层之间存在多层致密锂的可行性，远远超过了典型的C6LiC6结构。然而，双层石墨片的插入和扩散性能不能等同于从其上剥离的大块碳。此外，非膨胀材料的制备使其在高性能LMBs中的实际应用远远不够。受此工作的启发，通过预隧穿石墨层可以构建一种新的锂扩散途径。借助得到的原子通道，可以实现超致密锂的自由快速扩散，动力学和安全性大大提高。

在这项研究中，研究人员使用分子隧道策略构建了一种具有丰富原子通道的体扩散锂导体(BDLC)，用于超密度锂传输。通过预隧穿石墨层(层间间距约为7)并同时引入空位和亲锂位，建立了锂离子扩散的层间和层内通道。与传统的表面扩散/沉积机制不同，这种原子通道可以有效缓解表面沉积不均匀导致的枝晶问题，实现快速体扩散。

将新型负极材料与高负载LiFePO 4(LFP)负极配对，可获得3.9 mAh·cm-2的高表面容量，370次循环后容量可保持100%。

研究人员表示，体扩散策略提供了不同于传统表面扩散的新视角，这将扩展对超密度锂扩散的理解，并重新定义抑制锂枝晶的研究。

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