中国研究人员制备具有氮化锂梯度的3D碳基锂负极 可提高锂金属电池的稳定性

据外媒报道，武汉工程大学（Wuhan Institute of Technology）与重庆绿色智能技术研究院（Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology）的研究人员在《能源化学》（Energy Chemistry）杂志上发表了一篇论文，主要涉及在3D碳基锂负极中原位生成Li3N浓度梯度，从而形成高度稳定的锂金属电池。

（图片来源：sciencedirect）

目前，由于便携式电子产品、电动汽车和清洁能源存储设备迅猛发展，开发高储能、长寿命的可充电电池已成为当务之急。与标准氢电极相比，锂具有高质量比容量（3860 mAhg-1）和低电化电势（−3.04 V），对于下一代储能系统来说是最有前景的负极材料之—。

然而，锂的电化学不稳定性和无主体特性，在锂电镀/剥离过程中会引起枝晶不可控生长和体积过分膨胀。这会导致难以弥补的电解质消耗和内部短路，影响锂金属负极的实际应用。

在这项研究中，研究人员采用热扩散法，在碳基框架上原位制备具有Li3N梯度的三维锂负极（CC/Li/Li3N）。密度泛函理论计算表明，Li+在Li3N层上的扩散能垒，比在锂表面上低近20倍。这说明在锂电镀/剥离过程中Li3N能有效促进Li+扩散，并能承受高电流密度。

通过原位光学显微镜进一步证实，Li3N可以使Li+有效地通过电极/电解质界面，并在高电流密度下稳步实现无枝晶生长。将这种负极与LiFePO4正极相结合，在电解液电池和固态电芯中，整个电芯表现出良好的循环稳定性和高容量保持率。这表明CC/Li/Li3N负极具有良好的商业普适性。