針對高比能鋰金屬二次電池用鋰負極存在安全性能差、庫倫效率低、電極極化嚴重、體積效應大等問(wèn)題，成果對鋰負極自身結構及其表面 SEI 膜進(jìn)行改性探索研究，將三維宿主材料（納米碳籠）涂覆于商業(yè)化銅箔，利用中空納米碳籠的超薄碳壁作為 SEI 穩定層，實(shí)現了鋰在納米碳籠內部空腔中的穩定沉積。 該三維鋰負極可實(shí)現在抑制體積效應的同時(shí)降低表觀(guān)電流密度與減弱界面副反應，充放電循環(huán) 150 圈后，庫倫效率可達到 99.7%。
1.多重限域/誘導金屬鋰負極材料制備技術(shù)。在材料設計與制備方法方面，提出通過(guò)中空碳球作為導電骨架，通過(guò)在碳球表面構筑聚多巴胺阻擋層以及在內部構建親鋰位點(diǎn)的多重作用，實(shí)現多重限域/誘導金屬鋰負極中 Li 限域生長(cháng)與溶解，解決金屬 Li 陽(yáng)極的枝晶生長(cháng)難題。此種金屬 Li 負極在結構與功能設計上，具有其他鋰負極材料難以比擬的優(yōu)勢，且具有較強的工程化可行性。
2.金屬 Li 陽(yáng)極的電極過(guò)程可逆調控技術(shù)。金屬 Li 陽(yáng)極由于一直無(wú)法解決鋰枝晶生長(cháng)及其所導致的低庫倫效率問(wèn)題。本項目在構筑新型重限域/誘導金屬鋰負極的基礎上，基于中空碳球與聚多巴胺形成的雙重導鋰骨架，通過(guò)其電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究，從中空碳球結構、聚多巴胺包覆層結構、電解液組成以及成膜工藝等方面調控 SEI 膜結構與性能，使得金屬 Li 表面可形成并維持穩定的 SEI 膜，從而建立起多重限域/誘導金屬鋰負極的電極過(guò)程可逆調控方法。
3.多重限域/誘導金屬鋰負極的高比能鋰金屬二次電池技術(shù)。金屬鋰陽(yáng)極具有高比容與低電位的突出優(yōu)勢，但鋰枝晶生長(cháng)及其所導致的低庫倫效率、短循環(huán)壽命與高安全隱患等問(wèn)題使其一直難以應用。本項目在構筑新型陽(yáng)極并實(shí)現其電極過(guò)程可逆調控的基礎上，進(jìn)一步揭示其與相關(guān)陰極（金屬氧化物、硫及空氣電極）的交互作用機制，研究獲得新型陽(yáng)極適配電解液，可創(chuàng )建基于新型多重限域/誘導金屬鋰負極的高比能鋰二次電池技術(shù)原型及其知識產(chǎn)權體系。
成果為鋰負極的實(shí)用化的實(shí)現提供了理論支撐。金屬鋰負極具有超高的理論比容量（3860 mAh/g）、最低的氧化還原電勢（ -3.045V vs. SHE），是世界矚目的鋰電池負極材料的終極選擇。其可與含鋰氧化物正極（鈷酸鋰、三元材料、富鋰錳等）、硫正極以及空氣正極搭配使用，可使鋰/氧化物電池、鋰/硫電池和鋰/空氣電池的能量密度達到 400 、500 、600 Wh/kg。
應用前景：
目前，大部分鋰負極材料穩定循環(huán)均在 500 圈左右，庫倫效率處于 95%~98% 之間。本成果提出了內親鋰型薄壁多孔炭多重限域/誘導生長(cháng)鋰負極結構設計路線(xiàn)，制備的鋰炭復合負極材料在實(shí)驗室實(shí)現了 1000 圈以上的穩定循環(huán)，最高庫倫效率達到 99.7%，屬于相關(guān)領(lǐng)域的世界先進(jìn)水平。從金屬鋰負極循環(huán)壽命以及庫倫效率這兩項關(guān)鍵指標看，本技術(shù)已初步滿(mǎn)足市場(chǎng)應用需求。
成熟度：中試
