近日，中國科學(xué)院近代物理研究所材料研究中心與北京航空航天大學(xué)合作，利用核徑跡技術(shù)提出了新型三維鋰負(fù)極框架構(gòu)型。相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）上。

探究高性能電池負(fù)極材料的理想框架構(gòu)型是當(dāng)前國際上的前沿科學(xué)問題。鋰金屬負(fù)極被認(rèn)為是下一代鋰電池的理想負(fù)極材料，而循環(huán)過程中產(chǎn)生枝晶等問題阻礙了其商業(yè)化應(yīng)用。因此，尋找兼具高能量密度、高功率密度和高循環(huán)穩(wěn)定性的鋰負(fù)極框架構(gòu)型對于研發(fā)高性能鋰離子電池具有重要意義。

科研人員基于蘭州重離子研究裝置（HIRFL），利用核徑跡技術(shù)構(gòu)建了新型三維多孔復(fù)合框架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由三維納米銅骨架和均勻分布的親鋰位點構(gòu)成，將其與鋰金屬復(fù)合作為鋰離子電池負(fù)極。該復(fù)合框架結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出超過2000小時的長循環(huán)壽命和高速率能力。即使在高面積容量和高電流密度下，復(fù)合負(fù)極在運(yùn)行600小時后仍表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能。

與同種材料的其他框架結(jié)構(gòu)相比，該三維多孔復(fù)合框架結(jié)構(gòu)顯著提升了鋰離子電池的電化學(xué)性能。進(jìn)一步的研究表明，該復(fù)合框架結(jié)構(gòu)的良好力學(xué)強(qiáng)度、高孔隙率和低孔隙迂曲度是電池性能提升的主要因素。

該工作將核徑跡技術(shù)引入電極材料領(lǐng)域，提出了新型金屬鋰負(fù)極框架構(gòu)型，對于探尋高性能負(fù)極材料具有重要意義，利于探索理想負(fù)極框架結(jié)構(gòu)的具體形態(tài)，并引發(fā)了科研人員對鋰負(fù)極框架構(gòu)型的更多討論與思考，將有助于鋰金屬負(fù)極關(guān)鍵問題的解決和儲能領(lǐng)域的發(fā)展。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項目和中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究計劃的支持。

鋰負(fù)極框架結(jié)構(gòu)構(gòu)建示意圖