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鋰離子電池的負極材料，經(jīng)歷了一場“周而復始”的研究過程。最早，鋰電池就是使用金屬鋰做負極材料的。然而，由于金屬鋰材料表面凹凸不平，電沉積速率差異造成沉積不均勻，導致樹枝狀鋰晶體在負極生成。鋰枝晶不僅會降低電池的容量，還可能刺穿隔膜，造成電池短路。

鋰作負極本是幾十年前電池廠的首選（來源：網(wǎng)絡(luò)）

因此，科學家開始尋找容量高、安全性能好的電池電極替代品。上個世紀80年代，Armand、J. R. Selman等化學家提出嵌入化合物代替金屬鋰，這一概念被形象的成為“搖椅式鋰離子電池”。隨后的幾十年，石墨化碳、硅極材料、錫基材料等成為了時下最常見的鋰離子電池負極材料。近幾年，業(yè)界又出現(xiàn)了重新研究金屬鋰做電池負極材料的潮流。

近日，斯坦福大學崔屹課題組研發(fā)出一種鋰合金/石墨烯箔片負極材料，使用該材料制作的電池負極的容量接近鋰金屬的理論體積容量，且具有優(yōu)異的安全特性。

LixM /石墨烯材料微觀結(jié)構(gòu)及制備工藝（來源：Nature Nanotechnology）

科研人員將緊密堆積的鋰合金（LixM，M= Si、Sn或Al）納米粒子包裹在優(yōu)異疏水性能、低氣體滲透性能的石墨烯片層（<10層）中，制備出鋰合金/石墨烯負極材料。隨后，科研人員將鋰合金/石墨烯負極材料分別應(yīng)用于以LiFePO4、V2O5、S為正極材料的鋰電池中，并以鋰金屬負極、石墨烯負極做為參照實驗，高電流密度充放電使用情況下，測試了電池的電化學性能，并對負極材料進行了SEM、TEM、XPS、柔韌性和強度、疏水性表征。

LixSi/石墨烯材料性能表征（來源：Nature Nanotechnology）

結(jié)果表明：鋰合金/石墨烯作為負極的電池，高電流密度下充放電循環(huán)400次后，電池依然能夠保持初始容量的98%，這主要是因為：（1）LixM合金材料能夠有效應(yīng)對嵌鋰-脫鋰過程所帶來的體積膨脹變化；（2）包覆的石墨烯材料起到了疏水和隔氣的作用，使得該富鋰負極具有良好的空氣穩(wěn)定性；（3）對鋰硫電池而言，包覆的石墨烯材料抑制了多硫化合物與負極的反應(yīng)，降低了正極硫活性物質(zhì)的損耗，得以保持電池的容量。

憑借其高容量、優(yōu)異的循環(huán)性能和安全特性，該鋰合金/石墨烯箔片不僅在傳統(tǒng)的鋰離子電池中有應(yīng)用前景，而且有望作為鋰金屬負極替代者應(yīng)用于下一代鋰/空氣、鋰/硫電池中。

論文鏈接：www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2017.129.html?from=singlemessage