南航申来法/赫尔姆霍兹所Nano Energy：不匹配的导电性骨架实现无枝晶和高稳定性锂金属负极

锂金属负极被认为是高能量可充电池的理想材料。不幸的是，不受控制的锂枝晶生长和循环时的无限体积膨胀会导致库仑效率较低、容量衰减过快和安全问题。

南京航空航天大学申来法、德国赫尔姆霍兹研究所Stefano Passerini等人设计并制备了一种Al₂O₃包覆中空碳纳米纤维（A-HCF）的智能结构，作为稳定的宿主，以调节锂沉积行为。

由于薄的亲锂涂层和中空碳纳米纤维的导电性不匹配，优先沉积在中空结构内部的锂允许对锂沉积进行调节。

此外，具有高电活性表面积的A-HCF作为机械稳定的支架来限制锂沉积，释放沉积引起的应力并降低局部电流密度。这种设计有效地抑制了锂枝晶的生长，并能够有效利用整个纳米纤维表面积，从而提高电极的循环稳定性。

图1 A-HCF上的锂沉积/剥离

采用传统的碳酸酯基电解液，在500次循环后，A-HCF电极显示出高库仑效率（97%），表明锂沉积/剥离的可逆性得到改善。此外，基于LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NMC811）正极和预锂化A-HCF负极组装的全电池在1 C下循环120次后表现出高容量保持率（94%），并提供高能量密度（363 Wh/kg NMC811）。

即使以5 C的倍率循环，使用不足三倍过量锂的电池也能在50次循环中提供非常高的容量（133 mAh/g NMC811）。

图2 全电池性能

A Mismatch Electrical Conductivity Skeleton Enables Dendrite–Free and High Stability Lithium Metal Anode. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106421