三单位联合AEM：石墨烯涂层导热隔膜消除枝晶诱导的局部热点实现稳定锂循环！

由于锂枝晶引起的严重锂退化和安全问题，实用锂金属电池(LMBs)仍远未应用。

西安交通大学唐伟、上海空间电源所解晶莹、新加坡材料研究与工程研究所刘兆林等建立了一个与传热模型相结合的电化学锂沉积模型，以探测在不同沉积过电位下发热功率随时间变化的演化，并显示了锂沉积系统中的热分布和锂离子分布。

图1 热力学沉积下的锂枝晶形态演化与COMSOL模拟

研究显示，在不规则锂生长和初生枝晶的突起区域尖端观察到局部热点。与Li的平坦区域相比，尖端区域周围明显的高温和锂离子通量梯度加剧了不均匀的不规则锂沉积和进一步的锂枝晶生长。

考虑到石墨烯薄片在室温下在3080-5150 W m^-1 K^-1范围内的极高热导率，作者构建了一种导热石墨烯涂层隔膜来消除这些局部热点。其中，石墨烯侧面朝向锂金属，起到原位热分散介质的作用，以排除不规则锂沉积周围的局部热积累并抑制进一步的枝晶生长。

图2 所制备的石墨烯和复合隔膜的表征

结果，采用石墨烯/PP复合隔膜的Li||Cu电池在1 mA cm^-2下循环250次后显示出致密且体积大的锂沉积，并具有>95%的高CE值。此外，所构建的隔膜将锂金属从≈65%的低CE恢复到>95%的高CE，并延长了循环寿命。

另外，基于该隔膜的Li||LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂全电池在≈3.3的低负极与正极(N/P)容量比、4.4 µL mAh^-1的低电解液与容量比(E/C)以及0.2 C下获得了193 mAh g^-1的高初始放电比容量和40次循环后94%的良好容量保持率。该研究强调了锂枝晶引起局部热的热力学因素及其消除以防止锂负极劣化，这为高性能LMBs的锂金属保护策略提供了见解。

图3 半电池性能

A Graphene-Coated Thermal Conductive Separator to Eliminate the Dendrite-Induced Local Hotspots for Stable Lithium Cycling. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201190