【引言】

鋰金屬電池，包括鋰硫電池和鋰氧電池，都有著比鋰離子電池更高的理論能量密度。然而，作為理想的負極材料，鋰金屬的直接使用卻面臨著許多挑戰，特別是鋰枝晶的形成與生長。另外，保形電子器件領域要求具有高能量密度的可彎曲的能量存儲系統，我們希望鋰金屬電池滿足這樣的要求。但在彎曲使用條件下，由于彎曲引起的局部塑性變形和鋰細絲的粉碎，會使得枝晶的生長進一步加劇。如何設計并制備出一種可彎曲金屬鋰負極成為了一大挑戰。

【成果展示】

近日，天津大學羅加嚴教授課題組在Adv.Mater發表了題為“Bending-TolerantAnodesforLithium-MetalBatteries”的研究論文，提出通過將鋰結合到可彎曲的支架材料（如還原氧化石墨烯薄膜）中制備出了耐彎曲的鋰金屬負極。在復合材料中，彎曲應力很大程度上可通過支架材料分散掉。支架材料增加了均勻鍍鋰的有效表面積，減少了鋰電極在循環過程中的體積變化，從而使得彎曲條件下的循環性能得到了顯著改善。使用耐彎曲的r-GO/Li金屬電極，實現了可彎曲的高循環穩定性鋰硫電池和鋰氧電池。不僅如此，文中還展示了一個能穩定輸出的可彎曲的集成太陽能電池—電池系統和高電壓串聯可彎曲電池組。可以預想，這種耐彎曲陽極進一步和電解質以及正極相連接將能開發出新的可彎曲能源系統。

【圖文導讀】

圖1彎曲加劇鋰金屬負極的枝晶生長

（a）示意圖顯示鋰金屬箔的彎曲會導致折痕/裂紋的形成。這些折痕/裂紋周圍的電場強于平坦的區域，導致電鍍過程中彎曲的鋰上產生嚴重的不規則的枝晶生長。

（b）在鋰金屬電鍍過程中樹突的形成。彎曲松散的鋰層會粉碎鋰細絲，導致鋰的部分損失。同時，彎曲會形成新的折痕/裂紋并加速新的枝晶生長。

（c）經過不同過程的鋰金屬表面SEM圖像。不同的過程分別是初始階段、循環后、循環再彎曲后、彎曲后、彎曲再循環后以及彎曲條件下的循環后。所測的是使用1MLiTFSI-TEGDME作為電解質的對稱鋰金屬紐扣電池。圖像表明了彎曲會加劇枝晶的生長。

圖2使用r-GO做支撐材料的耐彎曲鋰金屬負極

（a）支架的有效表面積增加使得鍍的鋰更加均勻。

（b）復合材料中的彎曲應力能通過可彎曲的支架材料極大地被分散掉。即使會產生微小的折痕/裂紋，它們也不易擴散，因為下面的支架材料保護著剩余的鋰。

（c,d）電極分別為純鋰和r-GO/Li復合材料，電解質為1MLiTFSI-DME/DOL的對稱鋰金屬紐扣電池在無彎曲和彎曲條件下的電鍍/剝離電壓圖。

(e,f)電極分別為純鋰和r-GO/Li復合材料，電解質為1MLiTFSI-TEGDME的對稱鋰金屬紐扣電池在無彎曲和彎曲條件下的電鍍/剝離電壓圖。

（g）使用r-GO/Li復合材料作電極，經過不同過程后鋰表面的SEM圖像。不同的過程分別是初始階段、循環后、循環再彎曲后、彎曲后、彎曲再循環后以及彎曲條件下的循環后。所測的是使用1MLiTFSI-TEGDME電解質的對稱鋰金屬紐扣電池。圖像表明了r-GO/Li電極表面更加均勻，在不同測試條件下都沒有明顯的突起。