今年三月份，美國斯坦福大學的崔屹教授（點擊查看介紹）等人在Nature Nanotechnology 雜志上發表綜述“Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries”，暢談了金屬鋰電極的“復興”趨勢及其在高能鋰電池中的應用（點擊閱讀詳細）。盡管還有很多問題需要解決，金屬鋰的復興勢頭似乎已經無法阻擋。
短短的四個月后，還是Nature Nanotechnology 雜志，還是崔屹教授，卻告訴我們金屬鋰負極已經不一定是未來高性能鋰電池的上上之選了，一種鋰合金/石墨烯納米結構材料作為負極更穩定，更有希望提高電池的容量和使用壽命，前景更加光明。驚不驚喜？意不意外？四個月的時間究竟發生了什么？這還讓不讓金屬鋰負極復興了啊？
言歸正傳，我們先來看看崔屹教授團隊最新的這項工作。
常見的幾種鋰離子電池負極材料各有優缺點。傳統石墨負極的理論容量為370 mAh?g–1，遠遠不能滿足人們對于高容量電池的期待。硅負極膨脹系數太大，長期循環時存在安全隱患。而金屬鋰雖然理論容量很高，但反應性高且枝晶生長難以控制、安全性不足、加工要求苛刻、空氣中穩定性差等問題成為其發展的阻礙，大大地限制了其在工業生產中的應用。有沒有一種材料能兼顧上述材料的優點又盡量避免缺點呢？崔屹教授團隊的方案是選用鋰合金LixM（M = Si、Sn、Al）與石墨烯的納米結構材料做負極，取得了一舉多得的重大突破。
研究者先制備了鋰合金LixM的納米顆粒，隨后將其與石墨烯片層、嵌段聚合物SBS在甲苯中混合成漿料，通過滾涂、干燥等工序后，很容易就得到了大面積且無襯底的獨立箔狀材料，具有非常良好的柔性（下圖）。電鏡表征結果顯示，這種箔狀材料呈現獨特的納米結構——石墨烯層之間緊密包裹著鋰合金納米顆粒。
由于石墨烯層的疏水性、低氣體滲透性和抗氧化性（下圖b），這種納米結構保護了其中的鋰合金納米顆粒，使得這種材料具有良好的空氣穩定性。實驗證明，暴露在空氣中3分鐘，金屬鋰表面就從金屬光澤變為黑色，而48小時后這種鋰合金/石墨烯箔的成分依舊幾乎沒有變化（下圖c）。另外，無論在干燥還是高濕度空氣中，這種鋰合金/石墨烯箔的面積比容量都相當穩定，而同樣條件之下，沒有石墨烯層保護的鋰合金納米顆粒則在數小時內就會失去大部分比容量（下圖d-f）。空氣穩定性的大幅提高對于在工業生產中提高安全性、簡化生產條件和降低成本來說十分重要。
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