锂离子电池是用于便携式电子设备和电动汽车的最先进的电化学储能技术，然而以石墨作为负极的传统锂离子电池的比容量较低且能量密度已接近极限，难以满足人们对高能量密度二次电池的需求。锂金属负极由于其超高的理论比能量被视为下一代储能设备极具竞争力的候选材料。然而，锂金属较高的电化学活性以及倾向于枝晶形貌的不均匀沉积特性会极大地缩短电池的使用寿命，引发热失控等安全问题。因此，锂金属负极在循环过程中的不均匀锂沉积是锂金属电池实用化进程中亟待解决的重要课题。
针对上述问题，西安交通大学化工学院唐伟教授团队与新加坡A*STAR材料研究工程研究所刘兆林教授、上海空间电源研究所总研究师解晶莹合作，联合报道了一种基于锂沉积热力学行为的热导性隔膜抑制锂枝晶策略。
研究人员建立了传热-电化学沉积耦合模型，考察了不同沉积电流和过电位下锂沉积系统发热功率的时空演化以及温度和锂离子分布。模型结果表明锂枝晶尖端不可避免的存在局部温度热点，而热点的存在加剧了不均匀的局部锂沉积，进一步促进了锂枝晶的生长。通过引入高导热石墨烯片层包覆隔膜作为原位热扩散媒介及时消除局部温度热点可有效抑制枝晶生长、“恢复”循环后的不理想锂沉积，实现均匀致密的锂沉积形貌和电池高效稳定循环。
这项工作展示了一种基于消除不均匀锂沉积导致的局部热积累和温度热点的新策略，为解决锂金属负极枝晶问题提供了新思路。该成果近日以“石墨烯热传导隔膜消除枝晶生长局部热点以稳定锂负极长期循环”（A Graphene-Coated Thermal Conductive Separator to Eliminate the Dendrite-Induced Local Hotspots for Stable Lithium Cycling）为题发表于国际权威期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）。西安交通大学化学工程与技术学院为本文第一通讯单位，博士生韩督昭、王晓伟和周亚男为该论文共同第一作者，唐伟教授、解晶莹总研究师以及刘兆林教授为共同通讯作者。
来源：西安交通大学
论文链接：
https://doi.org/10.1002/aenm.202201190