具有自适应机械弹性的纳米纤维互锁多孔石墨烯复合气凝胶用于高度可逆的无枝晶锂金属负极

作     者：冯之欣 莫璐璐 陈开 钱雨姗 张镭骞 杨升元 Roohollah Bagherzadeh 赖飞立 樊玮 张超 缪月娥 刘天西 Zhixin Feng;Lulu Mo;Kai Chen;Yushan Qian;Leiqian Zhang;Shengyuan Yang;Roohollah Bagherzadeh;Feili Lai;Wei Fan;Chao Zhang;Yue-E Miao;Tianxi Liu

作者机构：State Key Laboratory for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials College of Materials Science and EngineeringDonghua UniversityShanghai 201620China Key Laboratory of Synthetic and Biological ColloidsMinistry of EducationSchool of Chemical and Material EngineeringJiangnan UniversityWuxi 214122China Advanced Fibrous Materials LABInstitute for Advanced Textile Materials and Technologies(ATMT)School of Advanced Materials and ProcessesAmirkabir University of TechnologyTehranIran Department of ChemistryKU LeuvenCelestijnenlaan 200FLeuven 3001Belgium 

出 版 物：《Science China Materials》 (中国科学（材料科学（英文版）)

年 卷 期：2023年第66卷第8期

页      面：3065-3074页

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China (22075042 and 21875033) Shanghai RisingStar Program (22QA1400300) the Innovation Program of Shanghai Municipal Education Commission (2021-01-07-00-03-E00108) Shanghai Scientific and Technological Innovation Project (22520710100) the Natural Science Foundation of Shanghai (20ZR1401400) the Fundamental Research Funds for the Central Universities DHU Distinguished Young Professor Program (LZB2021002) 

主　　题：长循环寿命 水平排列 理论容量 复合气凝胶 高能量密度 石墨烯纳米片 聚酰亚胺 复合结构 

摘      要：具有最高理论容量的锂金属被认为是下一代高能量密度电池中最有前景的负极,但长循环过程中的锂枝晶生长和负极的体积膨胀阻碍着其实际应用.尽管已有研究使用石墨烯气凝胶等三维主体用于容纳锂金属,但单一的石墨烯气凝胶难以承受充放电过程中负极的大体积变化.因此,本文制备了具有自适应机械弹性的聚酰亚胺纳米纤维互锁多孔石墨烯复合气凝胶(PI-HGCA),将其作为复合主体结构用于容纳锂金属.具有面内纳米孔的多孔石墨烯纳米片可以有效地调节锂离子通量并提供高度定向的离子转移路径.此外,三维复合气凝胶主体由水平排列的多孔石墨烯片层和互锁的聚酰亚胺纳米纤维构成,其在长期循环过程中对负极的体积变化表现出高度可逆的自适应压缩弹性.预锂化的PI-HGCA负极在对称电池中显示出极低的过电势(46 mV),并具有1300次的长循环寿命;其与LiFePO_(4)正极所组装而成的全电池在1 C下经过800次循环后仍然显示出81.2%的超高容量保持率,表明该互锁气凝胶复合结构在高能量密度锂金属电池中具有巨大应用潜力.