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鋰離子電池是用于便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車的最先進(jìn)的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，然而以石墨作為負(fù)極的傳統(tǒng)鋰離子電池的比容量較低且能量密度已接近極限，難以滿足人們對(duì)高能量密度二次電池的需求。鋰金屬負(fù)極由于其超高的理論比能量被視為下一代儲(chǔ)能設(shè)備極具競(jìng)爭(zhēng)力的候選材料。然而，鋰金屬較高的電化學(xué)活性以及傾向于枝晶形貌的不均勻沉積特性會(huì)極大地縮短電池的使用壽命，引發(fā)熱失控等安全問題。因此，鋰金屬負(fù)極在循環(huán)過程中的不均勻鋰沉積是鋰金屬電池實(shí)用化進(jìn)程中亟待解決的重要課題。

針對(duì)上述問題，西安交通大學(xué)化工學(xué)院唐偉教授團(tuán)隊(duì)與新加坡A*STAR材料研究工程研究所劉兆林教授、上?？臻g電源研究所總研究師解晶瑩合作，聯(lián)合報(bào)道了一種基于鋰沉積熱力學(xué)行為的熱導(dǎo)性隔膜抑制鋰枝晶策略。

研究人員建立了傳熱-電化學(xué)沉積耦合模型，考察了不同沉積電流和過電位下鋰沉積系統(tǒng)發(fā)熱功率的時(shí)空演化以及溫度和鋰離子分布。模型結(jié)果表明鋰枝晶尖端不可避免的存在局部溫度熱點(diǎn)，而熱點(diǎn)的存在加劇了不均勻的局部鋰沉積，進(jìn)一步促進(jìn)了鋰枝晶的生長(zhǎng)。通過引入高導(dǎo)熱石墨烯片層包覆隔膜作為原位熱擴(kuò)散媒介及時(shí)消除局部溫度熱點(diǎn)可有效抑制枝晶生長(zhǎng)、“恢復(fù)”循環(huán)后的不理想鋰沉積，實(shí)現(xiàn)均勻致密的鋰沉積形貌和電池高效穩(wěn)定循環(huán)。

這項(xiàng)工作展示了一種基于消除不均勻鋰沉積導(dǎo)致的局部熱積累和溫度熱點(diǎn)的新策略，為解決鋰金屬負(fù)極枝晶問題提供了新思路。該成果近日以“石墨烯熱傳導(dǎo)隔膜消除枝晶生長(zhǎng)局部熱點(diǎn)以穩(wěn)定鋰負(fù)極長(zhǎng)期循環(huán)”（A Graphene-Coated Thermal Conductive Separator to Eliminate the Dendrite-Induced Local Hotspots for Stable Lithium Cycling）為題發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）。西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院為本文第一通訊單位，博士生韓督昭、王曉偉和周亞男為該論文共同第一作者，唐偉教授、解晶瑩總研究師以及劉兆林教授為共同通訊作者。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202201190