实际的锂金属电池由于严重的锂损失以及枝晶生长带来的安全问题因而距离实用化仍然很遥远。近日，上海空间电源研究所Jingying Xie、新加坡A*STAR材料研究工程研究所Zhaolin Liu以及西安交通大学Wei Tang等通过对金属锂沉积的热力学行为进行研究揭示了锂金属顶端区域高产热速率与沉积时间和过电位之间的关系，并以此为指导设计了热导性隔膜来消除枝晶热点。
文章要点
1）研究人员建立了一个与传热模型相协调的电化学锂沉积模型，考察了在不同沉积过电位下随时间变化的发热功率演化并展示了锂沉积系统中的热量和锂离子分布。该模型结果表明，在不规则Li生长的突起区和初生枝晶的尖端处可以观察到局部热点。与平坦区域相比，针尖区域明显的高温和锂离子通量梯度加剧了不均匀的不规则锂沉积，进一步促进了锂枝晶的生长。
2）考虑到石墨烯材料良好的导热能力，研究人员开发了一种石墨烯片层包覆的隔膜。在电池组装中，石墨烯包覆层面向锂金属一侧来作为原位热分散媒介来消除不均匀金属锂沉积导致的局部热积累从而抑制枝晶生长。使用石墨烯包覆的PP隔膜构建的Li/Cu电池可以实现均匀致密的金属锂沉积形貌，在1mA/cm2的电流密度下可以完成250周的稳定循环，其库伦效率高于95%。与NCM811正极匹配的全电池也可以在高正极载量和贫液态条件下实现稳定循环。
参考文献
Duzhao Han et al, A Graphene-Coated Thermal Conductive Separator to Eliminate the Dendrite-Induced Local Hotspots for Stable Lithium Cycling, Advanced Energy Materials, 2022
DOI: 10.1002/aenm.202201190
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c01100
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