锂離子電池是用于便攜式電子設備和電動汽車的最先進的電化學儲能技術，然而以石墨作爲負極的傳統锂離子電池的比容量較低且能量密度已接近極限，難以滿足人們對高能量密度二次電池的需求。锂金屬負極由于其超高的理論比能量被視爲下一代儲能設備極具競爭力的候選材料。然而，锂金屬較高的電化學活性以及傾向于枝晶形貌的不均勻沉積特性會極大地縮短電池的使用壽命，引發熱失控等安全問題。因此，锂金屬負極在循環過程中的不均勻锂沉積是锂金屬電池實用化進程中亟待解決的重要課題。
針對上述問題，西安交通大學化工學院唐偉教授團隊與新加坡A*STAR材料研究工程研究所劉兆林教授、上海空間電源研究所總研究師解晶瑩合作，聯合報道了一種基于锂沉積熱力學行爲的熱導性隔膜抑制锂枝晶策略。
研究人員建立了傳熱-電化學沉積耦合模型，考察了不同沉積電流和過電位下锂沉積系統發熱功率的時空演化以及溫度和锂離子分布。模型結果表明锂枝晶尖端不可避免的存在局部溫度熱點，而熱點的存在加劇了不均勻的局部锂沉積，進一步促進了锂枝晶的生長。通過引入高導熱石墨烯片層包覆隔膜作爲原位熱擴散媒介及時消除局部溫度熱點可有效抑制枝晶生長、“恢複”循環後的不理想锂沉積，實現均勻致密的锂沉積形貌和電池高效穩定循環。
這項工作展示了一種基于消除不均勻锂沉積導致的局部熱積累和溫度熱點的新策略，爲解決锂金屬負極枝晶問題提供了新思路。該成果近日以“石墨烯熱傳導隔膜消除枝晶生長局部熱點以穩定锂負極長期循環”（A Graphene-Coated Thermal Conductive Separator to Eliminate the Dendrite-Induced Local Hotspots for Stable Lithium Cycling）爲題發表于國際權威期刊《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）。西安交通大學化學工程與技術學院爲本文第一通訊單位，博士生韓督昭、王曉偉和周亞男爲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爲共同通訊作者。
來源：西安交通大學
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https://doi.org/10.1002/aenm.202201190