鋰金屬電池，包括鋰硫電池和鋰氧電池，都有著比鋰離子電池更高的理論能量密度。然而，作為理想的負(fù)極材料，鋰金屬的筆直使用卻面對著許多挑戰(zhàn)，特別是鋰枝晶的形成與生長。另外，保形電子器件范疇要求具有高能量密度的可彎曲的能量存儲系統(tǒng)，我們希望鋰金屬電池滿足這樣的要求。但在彎曲使用條件下，由于彎曲引起的局部塑性變形和鋰細(xì)絲的粉碎，會使得枝晶的生長進(jìn)一步加劇。要怎么樣設(shè)計并制備出一種可彎曲金屬鋰負(fù)極成為了一大挑戰(zhàn)。

【成果展示】

近日，天津大學(xué)羅加嚴(yán)教授課題組在Adv.Mater發(fā)表了題為“bending-TolerantAnodesforLithium-Metalbatteries”的研究論文，提出通過將鋰結(jié)合到可彎曲的支架材料（如還原氧化石墨烯薄膜）中制備出了耐彎曲的鋰金屬負(fù)極。在復(fù)合材料中，彎曲應(yīng)力很大程度上可通過支架材料分散掉。支架材料新增了平均鍍鋰的有效表面積，減少了鋰電極在循環(huán)過程中的體積變化，從而使得彎曲條件下的循環(huán)性能得到了顯著改善。使用耐彎曲的r-GO/Li金屬電極，實現(xiàn)了可彎曲的高循環(huán)穩(wěn)定性鋰硫電池和鋰氧電池。不僅如此，文中還展示了一個能穩(wěn)定輸出的可彎曲的集成太陽能電池—電池系統(tǒng)和高電壓串聯(lián)可彎曲電池包?？梢灶A(yù)想，這種耐彎曲陽極進(jìn)一步和電解質(zhì)以及正極相連接將能開發(fā)出新的可彎曲能源系統(tǒng)。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1彎曲加劇鋰金屬負(fù)極的枝晶生長

（a）示意圖顯示鋰金屬箔的彎曲會導(dǎo)致折痕/裂紋的形成。這些折痕/裂紋周圍的電場強(qiáng)于平坦的區(qū)域，導(dǎo)致電鍍過程中彎曲的鋰上萌生嚴(yán)重的不規(guī)矩的枝晶生長。

（b）在鋰金屬電鍍過程中樹突的形成。彎曲松散的鋰層會粉碎鋰細(xì)絲，導(dǎo)致鋰的部分損失。同時，彎曲會形成新的折痕/裂紋并加速新的枝晶生長。

（c）經(jīng)過不同過程的鋰金屬表面SEM圖像。不同的過程分別是初始階段、循環(huán)后、循環(huán)再彎曲后、彎曲后、彎曲再循環(huán)后以及彎曲條件下的循環(huán)后。所測的是使用1MLiTFSI-TEGDME作為電解質(zhì)的對稱鋰金屬紐扣電池。圖像聲明了彎曲會加劇枝晶的生長。

圖2使用r-GO做支撐材料的耐彎曲鋰金屬負(fù)極

（a）支架的有效表面積新增使得鍍的鋰更加平均。

（b）復(fù)合材料中的彎曲應(yīng)力能通過可彎曲的支架材料極大地被分散掉。即使會萌生微小的折痕/裂紋，它們也不易擴(kuò)散，因為下面的支架材料保護(hù)著剩余的鋰。

（c,d）電極分別為純鋰和r-GO/Li復(fù)合材料，電解質(zhì)為1MLiTFSI-DME/DOL的對稱鋰金屬紐扣電池在無彎曲和彎曲條件下的電鍍/剝離電壓圖。

(e,f)電極分別為純鋰和r-GO/Li復(fù)合材料，電解質(zhì)為1MLiTFSI-TEGDME的對稱鋰金屬紐扣電池在無彎曲和彎曲條件下的電鍍/剝離電壓圖。

（g）使用r-GO/Li復(fù)合材料作電極，經(jīng)過不同過程后鋰表面的SEM圖像。不同的過程分別是初始階段、循環(huán)后、循環(huán)再彎曲后、彎曲后、彎曲再循環(huán)后以及彎曲條件下的循環(huán)后。所測的是使用1MLiTFSI-TEGDME電解質(zhì)的對稱鋰金屬紐扣電池。圖像聲明了r-GO/Li電極表面更加平均，在不同探測條件下都沒有分明的突起。