有鑒于此，廈門大學(xué)廖洪鋼教授（通訊作者）、孫世剛院士團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合北京化工大學(xué)陳建峰院士團(tuán)隊(duì)，采用密度泛函理論計(jì)算、第一性原理分子動(dòng)力學(xué)模擬，結(jié)合原位TEM等表征手段系統(tǒng)地揭示了超致密鋰在原子通道中的沉積/剝離行為。通過(guò)在高溫下用氨處理的方法預(yù)隧穿石墨層（層間距約為~7 ?），同時(shí)引入孔隙和親鋰位點(diǎn)，構(gòu)建了用于超致密鋰輸運(yùn)的層間和層內(nèi)原子通道（體擴(kuò)散鋰導(dǎo)體，BDLC）。首先，DFT計(jì)算和AIMD模擬研究了超致密鋰在原子通道層間和層內(nèi)的擴(kuò)散行為。由于BDLC的高親和性和較低的遷移勢(shì)壘，與表面擴(kuò)散相比，通過(guò)原子通道的體相擴(kuò)散可能成為鋰輸運(yùn)的一個(gè)新的主導(dǎo)路徑，具有較高的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)。用原位透射電鏡觀察了超致密鋰在BDLC中的高度可逆、無(wú)枝晶的沉積/剝離過(guò)程，并通過(guò)對(duì)散射襯度和電子衍射的分析，進(jìn)一步證明了超致密鋰的存在形態(tài)。當(dāng)與高于20 mg cm-2的高負(fù)載LiFePO4正極匹配時(shí)，面容量最高可以達(dá)到3.9 mA h cm-2（1.1倍鋰過(guò)量），并在370次循環(huán)中實(shí)現(xiàn)100%的容量保持率（1.3倍鋰過(guò)量）。本文展示的體相擴(kuò)散策略將提供一個(gè)新視角，為抑制鋰枝晶的研究提供新的思路。圖1 傳統(tǒng)石墨嵌鋰行為與原子通道鋰輸運(yùn)的對(duì)比
在酯類電解液中研究了BDLC的電化學(xué)性能，BDLC||Li在1 mA cm-2，2 mAh cm-2的CE在150次循環(huán)后為98.5%，而GC||Li的CE下降到91%，Cu||Li的CE會(huì)在 60個(gè)循環(huán)左右下降至40.9%。在2，5和8 mA cm-2更高的電流密度下（1 mAh cm-2），BDLC||Li 在100次循環(huán)后CE分別保持在 99.6%、98.6和85.9%。在高LFP面積負(fù)載、有限Li過(guò)量、長(zhǎng)循環(huán)和高倍率等苛刻條件下，Li@BDLC||LFP展現(xiàn)出了更為優(yōu)異的全電池性能。非原位TEM研究進(jìn)一步表明 BDLC的原子通道可以促進(jìn)在不同倍率下均勻的鋰沉積/剝離過(guò)程，減少表面上的局部不均勻成核，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)枝晶的全電池循環(huán)。圖5 BDLC和GC的電化學(xué)性能 圖6 Li@BDLC||LFP和Li@GC||LFP放電后的非原位 TEM研究
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