锂颗粒是抑制金属锂枝晶形成和缓解锂金属负极体积变化的理想负极材料。基于此，本文提出了一种锂金属电池用电纺膜稳定锂颗粒负极的新设计策略。该研究工作对锂金属电池的研究具有重要参考价值。

近日，华中科技大学朱文教授团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“A novel strategy for designing the lithium powder anode stabilized by electrospun membrane for lithium metal batteries with high specific energy”。研究者通过中温乳化法制得锂颗粒（图1a）和静电纺丝工艺制得电纺膜，接着，将锂颗粒嵌入电纺膜中制得无集流体的锂颗粒负极（图1b，LP@EM LPA）。与传统金属锂箔相比，所得LP@EM LPA表现出更好的电化学性能，LP@EM LPA的巧妙设计为高比能锂金属电池提供了一种新策略。

图1：锂颗粒和锂颗粒负极的制备示意图。

电纺膜作为支撑膜可以减少锂颗粒的用量，在提高锂金属负极电化学反应动力学的同时能够减缓电解液的消耗，有效提高锂金属电池的循环稳定性。因此，该研究技术在锂金属电池中具有潜在的应用前景。

图2：锂颗粒、电纺膜和锂颗粒负极的微观结构表征。

如图2a, 2b所示，当锂箔的质量分别为2.112 g（图2a）和4.224 g（图2b）时，得到的锂颗粒尺寸差别不大，主要集中在50 ~ 200 μm。如图2c所示，静电纺丝工艺制得的电纺膜具有连续的三维网络纳米纤维结构。通过冷压工艺将锂颗粒嵌入电纺膜中，膜侧仍具有三维网络纳米纤维结构，锂颗粒侧表面较为光滑。

图3：锂颗粒负极与锂箔组装成Li//LiCoO2电池的循环与倍率性能测试。

如图3所示，与金属锂箔相比，锂颗粒负极（LP@EM LPA）组装的Li//LiCoO₂电池的具有优异的倍率性能和循环稳定性。尤其是，电池在2C下循环1000圈的放电比容量仍高达112.0 mAh/g，容量保持率为74.9%，表现出十分优异的长循环寿命。

图4：锂颗粒嵌入电纺膜两侧批量化制备LP@EM LPA的示意图。

此外，利用该研究策略可以将锂颗粒同时嵌入电纺膜的两侧制得双边导电结构的锂金属负极，实现锂金属负极在电池内部串联，进一步减轻电池重量，并在电池有限的空间内节省组装材料，从而大大提高电池的重量能量密度和体积能量密度。因此，该研究工作为推动锂金属电池的商业化应用提供了重要参考价值。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723068262

人物简介：

朱文，华中科技大学材料科学与工程学院教授，博士生导师。华中科技大学“华中学者”获得者，可再生能源材料研究团队学术带头人。欧盟第七框架协议“玛丽-居里”学者（一类）。英国诺丁汉大学principal研究员，美国加州大学伯克利分校访问学者，美国电化学学会会士、美国纳米协会会士。团队先后承担了国家、省部级科研课题30余项。近年来在国际著名学术期刊上发表SCI论文200余篇。多篇论文被国内外权威期刊作为封面宣传报道（包括JACS、Sci. Technol. Rev等），入选年度Top 20文章，并排名第一。国际著名SCI学术期刊评审专家、仲裁评审专家；包括JACS、Adv. Mater.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Chem. Mater.、Nano letters等，并被美国知名出版社ACS Publications颁发优秀论文评定资格证书。近年来致力于全固态金属锂电池关键材料及产品和太阳能光催化材料及应用，所研发的固态金属锂电池产品在新能源汽车动力电池和可再生能源储能方面均有广泛的应用前景；此外开发的太阳能光催化材料在太阳能光催化分解水制氢方面可直接利用太阳能提供清洁的氢能，以及利用太阳光降解有毒有机污染物，有效改善环境污染问题。已获国家发明专利十余项。