近日，以我校为第一署名单位，化学与材料科学学院赖超教授在能源领域顶级刊物Nano Energy（IF：15.46）发表题为“微晶细化：构筑高稳定金属锂负极的初始整平机制”的研究论文。论文第一作者为我校化学与材料科学学院硕士研究生董静，通讯作者为我校化学与材料科学学院赖超教授和澳大利亚格里菲斯大学张山青教授。该论文受到国家自然科学基金和徐州重点研发计划资助。
图1.（a）恒电流条件下锂沉积的机理图。在不含（b-c）和含六氟乙酰丙酮（d-e）添加剂的情况下，锂在铜基底上沉积的电子扫描电镜图。（f）在常规电解液中和（g）含六氟乙酰丙酮的电解液中金属锂沉积过程的实时光学图片。
金属锂具有极高的理论容量（3860 mAh g-1）和低还原电位（3.04 V vs. SHE），是商用电池负极材料最有前途的候选者之一。但是，在反复的锂电镀和剥离过程中，不受控制的枝晶生长和无限的体积变化，会导致锂沉积不均匀，进而导致电解液不断消耗并产生所谓的“死锂”。同时，枝晶会刺穿隔膜，导致内部短路，这不仅会损坏电池，还会带来严重的安全隐患。
为了解决这些问题，基于微晶细化的机制，赖超老师课题组选择了六氟乙酰丙酮作为添加剂来有效的抑制锂枝晶的生长。如图所示，六氟乙酰丙酮可以与锂离子形成络合物以增加成核位点，减少沉积锂的晶粒尺寸，进而抑制枝晶的生成。当不使用添加剂时，锂离子最初会优先沉积在成核位点，从而在电极表面形成突起，最终导致严重的枝晶生长。相反，在引入六氟乙酰丙酮之后，添加剂分子与锂离子配位成络合物，增加电极的极化电压，这样锂负极沉积过程中会形成大量的成核位点，随着晶粒增大，逐渐行程相对规整的无枝晶的表面。此外，在金属锂负极的工业生产过程中，要获得完全光滑的电极表面是极其困难的。因此，糖精作为六氟乙酰丙酮的整平助剂掺入，以解决锂箔的初始的不平整性。循环过程中，糖精驱使锂离子沉积在不规则表面的凹陷中，而不是突起处；同时，糖精还参与金属锂表面高韧性的界面膜的构筑。在六氟乙酰丙酮和糖精添加剂的协同作用下，金属锂负极的循环寿命和倍率性能得到极大的改善。
