AIST等开发使用超生长单壁碳纳米管片的负极

2022年1月，日本产业技术综合研究所（AIST）纳米管应用研究中心的研究员周英等人与日本瑞翁（ZEON）公司的研究员山岸智子使用金属锂、单壁碳纳米管片组成的负极抑制了锂枝晶的形成。从而让锂离子二次电池的电流密度更高、使用寿命更长成为了可能。

在锂离子电池中，与石墨负极等传统材料负极相比，锂金属负极能大幅度地提高电池的能量密度。另一方面，锂金属负极电池再充放电时会生成锂枝晶，导致电池的使用寿命缩短。

AIST和ZEON一直致力于对锂有高亲和力的、高比表面积、高孔隙率的超生长单壁碳纳米管（SGCNT）的开发以及应用。

把SGCNT片置于隔膜和金属锂电极之间，形成夹层结构，能大幅度提高金属锂电极的寿命。研究人员使用相同材料和结构的负极和正极制作了一个纽扣对称电池，并评估了它在电解液中的充放电特性。

在恒定的电流值下反复进行充放电，并随时间变化测量电位差，研究电池的衰减状态。结果显示，当单位面积的充放电电流为2 mA/cm2，充放电容量为2 mAh/cm2时，金属锂和SGCNT片组成的电极在经过连续200小时后继续保持着稳定的过电压，并且继续进行充放电。相反，只使用金属锂制作电极时，两个电极之间的过电压在大约55小时后迅速增加，并且金属锂的电极性能在短时间内发生衰减。

通过扫描电子显微镜观察发现，在充放电之前，SGCNT结构上有空隙。充放电后，SGCNT的表面生成了均匀而密集的大约50纳米的锂金属颗粒，由此可知，CNT与金属锂有很高的亲和性。另一方面，只使用金属锂时，金属锂的表面在充放电后被锂枝晶覆盖。这一系列结果表明，在隔膜和金属锂之间插入SGCNT片，可以有效地抑制充电和放电过程中锂枝晶的生成。

目前，ZEON已经开始提供本研究中使用的SGCNT片的试样。并逐步迈向规模化生产也指日可待。

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