上海科技大学物质科学与技术学院光子凝聚态陈刚

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近日，上海科技大学物质科学与技术学院陈刚课题组研制出可快充且稳定无枝晶的锂金属电池，相关研究成果发表于国际知名学术期刊Journal of Materials Chemistry A。
       便携式电子设备和电动汽车的快速发展需要高能量密度的可充电锂离子电池。锂金属负极因具有高比容量、低密度和低化学势的优点，被认为是实现高能量密度的最佳材料。然而，锂金属电池在重复充放电循环过程中形成的枝晶和死锂会导致快速容量衰减和安全性问题，阻碍了锂金属电池的实际应用。

图1: 真空辅助自组装法制备MXene/SiO2复合薄膜示意图及其结构。

         针对上述问题，陈刚教授团队通过简便的真空辅助自组装方法制备出二氧化硅纳米颗粒支撑的MXene/SiO2复合薄膜。亲锂性的MXene可以促进金属锂均匀成核和生长，而二氧化硅纳米粒子作为亲锂种子可进一步诱导均匀的锂成核和沉积。另外，二氧化硅纳米粒子还可作为MXene纳米片层之间的支柱，促进锂离子的传输并最大限度减少脱锂过程中的电极体积收缩。
在MXene和二氧化硅纳米粒子的协同作用下，金属锂优先沉积到MXene/SiO2复合薄膜的内部，减少了副反应发生，并在其表面形成平坦、无枝晶的金属锂层。当与磷酸铁锂正极结合时，全电池表现出稳定的电压极化和良好的循环性能。在快速的3C充放电条件下，仍能保留较高容量且稳定循环320圈无容量衰减，展现出优异的高倍率性能。
上海科技大学物质学院2021级博士研究生王帅旗为该论文的第一作者，陈刚教授为通讯作者，上科大为唯一完成单位。
论文标题：Lithiophilic SiO2 Nanoparticle Pillared MXene Nanosheets for Stable and Dendrite-Free Lithium Metal Anodes
论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ta/d3ta03877g