鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí)，M.S.Whittingham提出并開(kāi)始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長(zhǎng)期沒(méi)有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。

鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

鋰電池在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生枝晶，枝晶斷裂不僅會(huì)導(dǎo)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(wèn)題。

南開(kāi)大學(xué)梁嘉杰、陳永勝教授課題組與江蘇師范大學(xué)賴超課題組合作提出了解決這一問(wèn)題的新優(yōu)化策略，成功制備了具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負(fù)載金屬鋰作為復(fù)合負(fù)極材料。這一載體可抑制鋰枝晶產(chǎn)生，從而可實(shí)現(xiàn)電池超高速充電，有望大幅延長(zhǎng)鋰電池“壽命”。該研究成果在最新一期《先進(jìn)材料》上發(fā)表。

近年來(lái)，世界各國(guó)有不少相關(guān)研究在鋰負(fù)極材料的設(shè)計(jì)合成上取得重要突破，但至今仍無(wú)法抑制金屬鋰在大電流密度充放電下枝晶產(chǎn)生以及電極體積膨脹的問(wèn)題，因此鋰電池的長(zhǎng)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(luò)結(jié)構(gòu)的多孔集流體中構(gòu)建金屬鋰復(fù)合負(fù)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(shuō)。基于此認(rèn)識(shí)，課題組首次提出實(shí)現(xiàn)超高電流密度及超長(zhǎng)循環(huán)壽命的理想金屬鋰負(fù)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(luò)作為機(jī)械骨架，銀納米線二維網(wǎng)絡(luò)作為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，通過(guò)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(jí)結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負(fù)載金屬鋰作為金屬鋰復(fù)合負(fù)極材料。

經(jīng)測(cè)試，該金屬鋰復(fù)合負(fù)極材料的比容量可達(dá)2573mAh/g；對(duì)稱電池測(cè)試中，首次實(shí)現(xiàn)了在極高電流密度40mAh/cm2下反復(fù)充放電1000周以上，并且過(guò)電勢(shì)低于120毫伏。通過(guò)電鏡觀察可以看到，該多級(jí)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(fù)極中鋰枝晶生長(zhǎng)以及電極體積變化。

本文摘自：科技日?qǐng)?bào)