使用金屬鋰作為鋰離子電池的負極材料需要克服兩個難題

困擾金屬鋰負極的主要問題是鋰枝晶，在循環過程中，由于局部極化的因素，使得金屬鋰表面生長鋰枝晶，當鋰枝晶生長到一定程度的時候就可能穿透隔膜，引發安全問題，此外如果鋰枝晶發生斷裂，就會形成“死鋰”，造成電池容量損失，因此鋰枝晶是阻礙金屬鋰負極應用的zui大障礙。

金屬鋰可替代石墨，做鋰離子電池的負極材料，從而使后者破解“續航里程差”的難題。近日，山東大學材料科學與工程學院馮金奎副教授課題組的這一成果發表在期刊《納米能量》上。這一技術的面世，讓被視為“不適合做電動車動力”的鋰電池迎來翻身希望。

純電動汽車是汽車產業的焦點話題，其核心部件之一鋰電池更是屢屢被推向風口浪尖，對鋰電池性能和續航的“詬病”是zui大的抱怨點。這源于鋰電池近年來技術一直沒有明顯突破。據了解，商業化電池負極主要是容量較低的石墨負極材料，限制了電池的能量密度和續航里程。與此形成對比，金屬鋰是一種非常理想的鋰電池負極材料，可解決其能量密度和續航里程問題。

馮金奎認為，要使用金屬鋰作為鋰離子電池的負極材料，主要需要克服兩個難題：安全性和循環壽命。困擾金屬鋰負極的主要問題是鋰枝晶，在循環過程中，由于局部極化的因素，使得金屬鋰表面生長鋰枝晶，當鋰枝晶生長到一定程度的時候就可能穿透隔膜，引發安全問題，此外如果鋰枝晶發生斷裂，就會形成“死鋰”，造成電池容量損失，因此鋰枝晶是阻礙金屬鋰負極應用的zui大障礙。

馮金奎副教授課題組利用真空蒸餾的方法脫除商業化黃銅中的低沸點金屬鋅來合成3D多孔銅，并作為鋰金屬負極的集流體。真空蒸餾是通過蒸發前驅體中的一種或多種組分，從而得到純的高沸點產物的一種方法。該方法對環境友好、成本低、易于工業化。所制備的多孔銅的孔徑和孔率可以通過蒸餾時間和溫度來調控，并且所產生的副產物鋅可以回收利用。該多孔銅作為金屬鋰負極集流體時，可以抑制鋰枝晶的生長，從而提高電池的安全性；也可以緩解循環過程中產生的體積膨脹，從而形成穩定的SEI膜和電極結構，得到良好的循環性能和倍率性能。