江苏师大赖超/孙闯AFM：5.4% 创纪录超低膨胀的锂复合负极！

提高锂（Li）负极的稳定性对于锂金属电池的安全性和可靠性至关重要。在这种情况下，开发3D导电锂主体被认为是最有前途的策略之一，特别是对于抑制电极的粉化而言。然而，电极的材料一致性和体积膨胀（<15%）对其在商用软包电池中的应用提出了重大挑战。

在此，江苏师范大学赖超教授、孙闯等人采用简便的抽滤法制备了由碳纳米管（CNT）组成的上层和由银纳米线（AgNWs）和CNT的3D复合材料组成的下层构成的双梯度网络，并将其用作锂金属负极主体。这种抽滤技术具有低成本和易于规模化的优点，能够促进3D Li负极的商业化。

研究表明，该双梯度网络有几个显著的优势：首先，由于银本身的强导电性和亲锂性，下层均匀分散的AgNWs使导电框架形成金属Li的渐进沉积路线，这种梯度设计已被证明是消除长期循环后金属锂表面沉积的有效途径。接下来，由纳米线交错堆叠产生的大量间隙导致具有更高比表面积的网络结构，从而降低了有效电流密度。此外，由刚性AgNWs和柔性CNT的协同作用引起的高机械强度和柔性框架有助于在快速充放电过程中保持电极厚度。

图1. 基于Li@AgNWs/CNT复合负极的对称电池性能

由于这些优势，Li@AgNWs/CNT复合负极在10 mA cm^-2的电流密度和1 mAh cm^-2的固定电镀/剥离容量下表现出非常低的过电位（74 mV），并在800多个循环中保持稳定，相比之下Li@Cu电极仅在30个循环后就出现了很大的波动。基于Li@AgNWs/CNT负极的对称电池在40 mA cm^-2的超高电流密度下仍能实现 400多次可逆循环，循环后负极的厚度增加到78 µm，对应于创新低的5.4%的体积膨胀，完全符合商用软包电池的规格（<15%）。

此外，Li@AgNWs/CNT || LiMn₂O₄（LMO）全电池表现出高度改善的循环性能，在1、2、5和10 C下分别提供151、103.1、70.6和 50.5 mAh g^-1的比容量，远优于Li@Cu || LMO全电池。综合上述讨论，考虑到该复合材料的简单制造过程和低体积膨胀特性，作者认为本研究中引入的主体设计可能是锂金属电池商业化的有竞争力选择。

图2. Li@AgNWs/CNT || LMO全电池性能

Ultralow-Expansion Lithium Metal Composite Anode via Gradient Framework Design, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202202771

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江苏师大赖超/孙闯AFM：5.4% 创纪录超低膨胀的锂复合负极！

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