科研人員提出新型三維鋰負極框架構型 助力儲能領域發展

鋰負極框架結構構建示意圖

近日，中國科學院近代物理研究所材料研究中心與北京航空航天大學合作，利用核徑跡技術提出了新型三維鋰負極框架構型。相關成果發表在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上。

探究高性能電池負極材料的理想框架構型是當前國際上的前沿科學問題。鋰金屬負極被認為是下一代鋰電池的理想負極材料，而循環過程中產生枝晶等問題阻礙了其商業化應用。因此，尋找兼具高能量密度、高功率密度和高循環穩定性的鋰負極框架構型對于研發高性能鋰離子電池具有重要意義。

科研人員基于蘭州重離子研究裝置（HIRFL），利用核徑跡技術構建了新型三維多孔復合框架結構。該結構由三維納米銅骨架和均勻分布的親鋰位點構成，將其與鋰金屬復合作為鋰離子電池負極。該復合框架結構表現出超過2000小時的長循環壽命和高速率能力。即使在高面積容量和高電流密度下，復合負極在運行600小時后仍表現出穩定的循環性能。

與同種材料的其他框架結構相比，該三維多孔復合框架結構顯著提升了鋰離子電池的電化學性能。進一步的研究表明，該復合框架結構的良好力學強度、高孔隙率和低孔隙迂曲度是電池性能提升的主要因素。

該工作將核徑跡技術引入電極材料領域，提出了新型金屬鋰負極框架構型，對于探尋高性能負極材料具有重要意義，利于探索理想負極框架結構的具體形態，并引發了科研人員對鋰負極框架構型的更多討論與思考，將有助于鋰金屬負極關鍵問題的解決和儲能領域的發展。

研究工作得到國家自然科學基金聯合基金項目和中國科學院前沿科學重點研究計劃的支持。