中国粉体网讯 由中国粉体网、江苏省纳米技术产业创新中心联合主办的“2019第二届低维碳纳米材料制备及应用技术高峰论坛”在苏州圆满落幕，来自中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所锂电应用工程中心的沈炎宾副研究员向我们介绍了他们课题组在高性能锂碳复合材料的研究进展。
随着改革开放进入新的历史时期，绿色可持续的发展理念逐渐深入人心，传统化石能源的消耗所带来的环境污染成为制约城市高速发展的“阿克琉斯之踵”，为了改善这尴尬的境遇，近年来国家发布了新能源产业规划，期望通过产业调整来解决城市发展所带来的环境问题，其中在汽车行业推行电动汽车的发展更是举足轻重地举措。
当前应用于电动汽车行业的动力电池主要使用基于脱嵌机理的电极材料，比如正极是钴酸锂或者镍钴锰三元材料，负极使用石墨。这些电极材料循环稳定性较好，但是理论能量密度有限，难以满足电动汽车的里程需求。锂金属被认为是锂离子电池负极材料的终极目标，不仅因其具有极高的克容量和最低的还原电位，且可与不含锂源的正极材料组成锂电池，比如锂硫电池、锂氧电池等。
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锂金属作为终极材料是否可以广泛的普及应用呢？带着这个问题粉体网记者咨询了沈炎宾副研究员。沈副研究员告诉我们，锂金属应用为电极材料的时候主要遇到如下问题：1、锂金属容易和水、氧、电解液反应，故锂金属操作环境要求严苛且电池库伦效率低；2、锂的溶解再沉积不易均匀故而易造成锂枝晶生长及死锂堆积，威胁电池的循环寿命和安全性能；3、电沉积锂的体积膨胀使其界面不稳定，不断暴露出新的锂和电解液反应，极大影响其使用寿命。因此当前锂电池的研究工作主要是探索如何兼顾锂电池的能量密度和安全性能。
在一次偶然的试验中苏州纳米所锂电应用工程中心的研究人员发现，在200摄氏度条件下，把干燥喷雾造粒得到的多孔碳纳米管微球和熔融状态的锂金属搅拌混合，金属锂会被吸收到多孔碳纳米管微球的孔中，得到碳纳米管和锂金属的复合微球。得益于碳纳米管微球特殊的骨架结构和大比表面积，锂碳微球上面发生的锂金属的溶解和沉积变得均匀，因此锂碳微球不仅不易形成锂枝晶而且充放电过程中体积膨胀很小。然而，大比表面积的锂碳复合材料的活性很强，因此他们又进一步对锂碳微球材料进行了表面改性，通过单分子层自组装技术在锂碳微球表面上构建一层含有疏水分子的单分子层，不仅使得该锂碳复合材料的环境稳定性大大提高，还使得该材料对某些有机溶剂稳定，因此可以用涂布的方法进行极片的制作。
目前，该锂碳复合材料技术已经授权给相关的企业进行产业化生产，经过改性的锂碳复合材料与锂金属相比能量密度略低，但是在枝晶处理和安全性等方面具有突出优势，比如锂金属在使用过程中需要隔绝氧气和水，而处理后的锂碳复合材料可以有效地解决这个问题；传统的锂片不易于加工，但是锂碳复合材料可以通过涂布的方法使用；同时改性的锂碳复合材料除了可以作为高能量密度电池的锂电负极材料之外，还可以以混浆补锂的方式应用在现有的锂离子电池中，在不改变电池生产工艺的情况下提高电池的首次库伦效率。
在采访结束时沈副研究员向我们透露接下来她们准备基于前期研究工作，进一步探索提高锂碳复合材料的界面稳定性和优化现有的生产工艺，以期生产出更安全，循环稳定性更好的材料，促进锂碳复合材料的进一步产业化应用和推广。
（中国粉体网编辑整理/江岸）
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