锂金属负极以其十倍于石墨的理论容量，被视为锂电池的“圣杯”。然而，锂枝晶在充放电过程中野蛮生长，不仅会“刺穿”电池隔膜导致短路，更会在反复的沉积与剥离中，像反复膨胀收缩的“呼吸”一样，撑破电极结构，导致电池迅速失效。清华大学深圳国际研究生院的李宝华教授团队与厦门理工学院姜春海教授团队转换思路，不从外部“围堵”，而是为锂金属精心构筑了一个内部“家园”。他们利用氧化石墨烯与聚合物基底在热处理中“热缩冷胀”的差异，巧妙地制备出一种轻质、柔性的褶皱石墨烯（WG）结构。这个三维的“微褶皱森林”不仅增加了表面积以分散电流，其丰富的褶皱空隙更能像海绵一样吸收循环中的体积应力，引导锂以平滑、致密的层状形式沉积。基于此的锂金属负极，在对称电池中实现了超过1800小时的长稳定循环，与商业磷酸铁锂正极组成的全电池也表现出优异的性能。
挑战：枝晶生长与体积效应
锂金属负极虽好，但两大顽疾使其难以实用：一是锂离子容易在表面凸起处“扎堆”生长，形成树枝状的锂枝晶；二是锂在沉积与剥离过程中的巨大体积变化，产生的机械应力会破坏电极结构。
研究团队采用的策略如同一个“精细的烹饪过程”。他们首先电纺出聚合物前驱体薄膜，然后在它“柔软”的时候，用电喷雾“喷上”一层氧化石墨烯“涂层”。在后续的热处理（碳化）过程中，由于石墨烯层与聚合物基底的收缩程度不同，就像一张湿润的纸在烘干时会起皱一样，石墨烯片层被“压”出了稳定且均匀的三维褶皱纹理。
构筑引导锂沉积的“微褶皱森林”
传统方法是将石墨烯涂覆在已成型的碳纤维（CNF）骨架上，得到的是相对平滑的表面（SG）。而该研究的创新在于“顺序颠倒”——先“喷涂料”，再“建骨架”。
扫描电镜图像揭示了这个精妙结构。与光滑的SG表面（图1d, e）相比，WG结构布满了连绵起伏的“山丘”与“山谷”（褶皱），形成了大量微米级的孔隙。这种结构带来了三大优势：
- 扩大“宅基地”：高比表面积有效降低了局部电流密度，从源头防止锂离子集中沉积。
- 提供“锚点”：褶皱石墨烯表面的缺陷和官能团，是亲锂的“种子位点”，能引导锂均匀成核。
- 预留“呼吸空间”：褶皱间的空隙为锂沉积提供了缓冲空间，结构本身的弹性也能吸收体积膨胀应力。
锂的“平整落户”与“完美搬迁”
锂在不同基底上的沉积行为，直观地证明了WG结构的优越性。
当沉积1 mAh cm⁻²的锂时，在WG表面形成的是致密、平滑的金属层，没有枝晶的踪影。即使沉积量加大到6 mAh cm⁻²，锂仍能致密地填充每一个褶皱“山谷”。最关键的是，当这些锂被完全剥离后，WG基底露出了干净、完好的原始褶皱表面，几乎没有残留的“死锂”。
相比之下，在普通碳纤维（CNF）或平滑石墨烯（SG）上，锂的沉积则显得“杂乱无章”，形成疏松的团簇或块状颗粒，剥离后表面伤痕累累。这证明，WG的褶皱结构像一条规划良好的“高速路”，能引导锂离子均匀、有序地“停车”（沉积）和“驶离”（剥离）。
高效率与长寿命的“双优答卷”
电化学测试数据全面印证了WG结构的优越性：
成核过电位低：WG的初始锂成核过电位（~34 mV）低于CNF和SG，表明其表面更有利于锂的沉积。
循环寿命长、效率高：在1 mA cm⁻²、1 mAh cm⁻²的条件下，WG负极实现了平均97.8%的库伦效率，稳定循环超过300次。以其组装的对称电池可稳定运行超过1800小时，过电位保持在~20 mV左右。
全电池性能优异：与高面容量磷酸铁锂（LFP）正极（2.7 mAh cm⁻²）配对，即使在负极锂余量（N/P比）低至2.2的苛刻条件下，全电池在1C倍率下循环100圈后容量保持率仍达96.1%，并表现出良好的倍率性能，证明了其接近实用化的潜力。
该工作成功开发了一种制备轻质褶皱石墨烯宿主材料的简易方法，并系统证明了其在抑制锂枝晶、提升循环稳定性方面的有效性。其核心在于通过合理的三维结构设计，同步实现了对锂离子流、成核行为及循环应力的主动管理。这项研究为高能量密度锂金属电池的开发提供了有价值的材料解决方案和设计思路。该策略有望进一步拓展至钠、锌等其他金属电池体系。
原文链接：
Kui Lin, Hai Lin, Lingyan Ruan, Xianying Qin, Tongbin Lan, Chunhai Jiang, Baohua Li, Lightweight wrinkled graphene texture for smooth and reversible lithium deposition, Carbon, 252, 121369 (2026)
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121369
通讯作者信息
李宝华，教授，博士生导师，主要从事新型炭材料、锂离子电池和固态电解质等能源材料与器件及电池回收技术等方向研究工作。在Science、Nature Reviews Materials、Nature Energy、Nature Communications、Advanced Materials和新型炭材料等国内外期刊发表SCI论文460余篇，ESI高被引用论文30余篇， SCI引用35000余次，H因子100，2020-2023年连续四年入选科睿唯安高被引科学家。申请发明专利100多项，已实现30多项专利技术应用。深圳下一代动力与储能电池关键技术工程实验室主任，SIGS材料与器件检测技术中心（CNAS认可和校准实验室，CSA授权）创始人兼负责人，广东省电动汽车标准化技术委员会副主任，中国材料与试验团体标准委员会电池及其相关材料领域委员会（CSTM/FC59）主任委员，Energy & Environmental Materials期刊副主编，Energy Materials and Devices 期刊副主编，Journal of Materials Chemistry A期刊顾问编委。
姜春海，研究员，福建省“闽江学者”特聘教授；中国石油大学（华东）和华侨大学兼职博士生导师；现任厦门理工学院研究生处处长、新能源材料与器件专业负责人，兼任厦门理工学院侨联主席、厦门市侨联副主席、中国化学会高级会员、中国机械工程学院理化检测分会副主任委员。目前主要开展新能源材料与器件相关研究，近年来主持某国家专项子课题、中科院知识创新工程重要方向项目、福建省科技厅工业引导性项目、厦门市科技计划项目、企业横向委托课题等项目20余项，作为合作单位负责人参与福建省技术创新重点攻关及产业化项目、厦门市重大科技计划项目(未来技术领域)各一项；获授权国家发明专利25项，获中科院沈阳分院优秀青年科技人才奖等奖励3项；在《Nano Today》《Journal of Power Sources》《Applied Surface Science》《JMST》等国内外学术期刊发表论文130余篇，第一和通讯作者论文他引3000余次。迄今培养博士生2名，硕士生14名（含联合培养3名），其中2人获得福建省优秀硕士学位论文。
本文来自Carbon 碳材料，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
