研究背景

雖然鋰離子電池已經研究了三十多年了，但其有限的能量密度從某種程度上來說還是不能滿足當前電動汽車的續航里程焦慮。因此，開發安全、可靠、低成本、高能量密度的電池已成為當務之急。

其中，金屬鋰陽極的理論容量高達3860.0 mAh/g，氧化還原電位低至?3.040 V（vs. 標準氫電極，SHE）而備受研究者和企業的關注。

然而，鋰金屬陽極在實際應用中仍然面臨著許多挑戰，如：不均勻的鋰沉積，固體電解質界面（SEI）不穩定，循環過程中不斷的體積變化等。

為了解決以上問題，研究者開發了各種方法，如：引入3D宿主材料、構建人工固體電極界面、設計固態電解質等。在上述策略中，具有三維自支撐骨架和高電子導電性的材料在抑制鋰金屬陽極枝晶生長方面表現不錯，這是因為局部電流密度得到降低，體積膨脹的空間增大。

到目前為止，已經報道了各種3D自支撐材料，并可分為金屬基（泡沫銅、泡沫鎳等）。碳基（碳納米管、石墨烯、氧化還原石墨烯、碳布、多孔炭等）。對于金屬基3D基板，質量重，體積大限制了電池的體積能量密度和質量能量密度，而柔韌性和力學性能較差阻礙了鋰金屬陽極的實際應用。與金屬襯底相比，碳基襯底可以彌補這些缺陷，并且具有使用范圍廣、成本低、導電率高、熱穩定性好、力學性能好和質量密度低等優點。

圖片來源：Energy Storage Materials

內容簡介

商用碳布具有三維結構、柔韌性好、導電性好、價格便宜、自支撐性等優點，是實用金屬鋰電池的理想選擇。然而，關于金屬鋰電池用碳布的親鋰性改性的綜述和展望仍未見報道。本文對碳布基鋰金屬電池的研究進展進行總結，并展望未來的發展前景。

哈爾濱工業大學（深圳）慈立杰/李德平等人根據碳布作為鋰金屬陽極宿主的不同改性機理，從三個方面對其進行了綜述。第一部分中，介紹了碳布直接用作鋰金屬負極以及碳布作為負極時發生LixC反應的機理。第二部分介紹了碳布表面雜原子摻雜和官能團引入的表面改性策略以及表面納米級裂紋的構建，并總結了它們的共同特點。第三部分，分兩節介紹了使用親鋰但非反應性材料（CNT、摻雜雜原子的石墨烯等）和親鋰并反應性材料（Zn、ZnO、CuO、CoO、TiO2等）對碳布進行改性以構建表面納米結構的鋰金屬陽極改性策略，并通過相同類型的工作闡明了其內在機理。作者得出結論，使用雜原子摻雜和納米結構構建可以顯著提高碳布的親鋰性，并有助于提高其對稱電池的長循環壽命和循環容量保持率。

內容詳情

由于本文是綜述性文章，內容較多，感興趣的讀者可自行下載原文閱讀。

鋰金屬電池用碳布的改性策略（圖片來源：Energy Storage Materials）

碳布基金屬鋰電池的發展路線（圖片來源：Energy Storage Materials）

附：

參考文獻：

Zhang S, Xiao S, Li D, et al. Commercial carbon cloth: an emerging substrate for practical lithium metal batteries[J]. Energy Storage Materials, 2022.

文獻鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2405829722001532?via%3Dihub

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