崔屹

xiayu

崔屹：稳定锂金属负极

研究亮点：
1.选用高机械强度的纳米金刚石界面，有效抑制锂枝晶。
2.首次提出双层保护膜设计，使一层中的缺陷可以被另一层有效屏蔽从而大大提高纳米金刚石保护层的缺陷容忍度，实现均匀锂离子流，促进均匀的锂沉积。
3.引入氧化石墨烯，减弱金刚石和集流体衬底界面的相互作用力。
在众多的新型负极材料中，金属锂以最高的理论容量（3860 mAh g-1）和最负的电势（-3.040 V vs. 标准氢电极）而成为下一代高能电池最有前景的负极材料之一。然而，金属锂异常活泼，可以与电解液自发迅速反应生成钝化层 （固体电解质界面膜，SEI膜）。
稳定的SEI膜可以阻止金属锂和电解液的进一步反应，然而金属锂负极在充放电过程中体积变化极大，从而导致脆弱的SEI膜极易发生破损，引发锂离子在负极与电解液界面处的不均匀分布，造成树枝状锂枝晶的沉积。锂枝晶一方面可能刺穿电池绝缘隔膜，从而引发短路进而导致起火等安全隐患，另一方面锂枝晶的生长不断破坏SEI，导致副反应增加，极大缩短电池循环寿命。因此，提高金属锂界面的稳定性便显得尤为重要。
纳米界面保护层是解决不稳定SEI膜所引起的锂金属负极问题的重要手段之一。此方法的核心概念是在SEI膜和金属锂之间搭建一层“脚手架”，在充放电的过程中“脚手架”能够随着SEI膜移动从而防止其破裂。至今，该方法仍大大受制于对于构建保护层材料的严格要求：
1）对金属锂绝对稳定；
2）具有高机械强度和紧密的结构以抑制锂枝晶生长；
3）具有一定程度的柔韧性以适应循环过程中电极的体积变化；
4）能在电极表面实现均匀的锂离子流；
5）具有低导电性和与集流体较弱的相互作用力，使锂沉积仅发生在保护层下面。
有鉴于此，美国斯坦福大学朱棣文（美国前能源部部长，诺贝尔奖得主）团队和崔屹团队合作开发了一种可以严格满足上述要求的超强纳米金刚石保护层来构建稳定的金属锂界面。

参考文献：
Yayuan Liu, Yan-Kai Tzeng, DingchangLin, Allen Pei, Haiyu Lu, Nicholas A. Melosh, Zhi-Xun Shen, Steven Chu* and YiCui*, An ultrastrong double-layer nanodiamond interface for stable lithiummetal anodes. Joule 2018. DOI: 10.1016/j.joule.2018.05.007