鋰離子電池在使用過程中會出現(xiàn)枝晶，枝晶斷裂不僅會導致電池容量衰減，壽命打折，還可能刺透隔膜使電池短路起火引發(fā)安全問題。南開大學梁嘉杰、陳永勝教授課題組與江蘇師范大學賴超課題組合作提出了解決這一問題的新優(yōu)化策略，成功制備了具有多級結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負載金屬鋰作為復合負極材料。這一載體可抑制鋰枝晶出現(xiàn)，從而可實現(xiàn)電池超高速充電，有望大幅延長鋰離子電池“壽命”。該研究成果在最新一期《先進材料》上發(fā)表。

近年來，世界各國有不少相關研究在鋰負極材料的設計合成上取得重要突破，但至今仍無法抑制金屬鋰在大電流密度充放電下枝晶出現(xiàn)以及電極體積膨脹的問題，因此鋰離子電池的長壽命、大容量“快充快放”依然難以逾越。

“把金屬鋰沉積到具有三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的多孔集流體中構(gòu)建金屬鋰復合負極材料，是目前解決上述困難的有效途徑之一。”梁嘉杰介紹說。基于此認識，課題組首次提出實現(xiàn)超高電流密度及超長循環(huán)壽命的理想金屬鋰負極三維載體材料選擇及優(yōu)化策略。他們利用石墨烯宏觀體三維網(wǎng)絡作為機械骨架，銀納米線二維網(wǎng)絡作為導電結(jié)構(gòu)，通過低成本、與工業(yè)化生產(chǎn)相兼容的涂布—冷干法，制備具有多級結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負載金屬鋰作為金屬鋰復合負極材料。

經(jīng)測試，該金屬鋰復合負極材料的比容量可達2573mAh/g;對稱電池測試中，首次實現(xiàn)了在極高電流密度40mAh/cm2下反復充放電1000周以上，并且過電勢低于120毫伏。通過電鏡觀察可以看到，該多級三維結(jié)構(gòu)載體即使在極大電流充放電的循環(huán)條件下，仍能成功抑制金屬鋰負極中鋰枝晶生長以及電極體積變化。