北理陈人杰/李丽AEM：石墨烯/碳纳米管气凝胶主体实现快充锂金属电池

锂金属负极以其高比容量和最低的氧化还原电位引起了学术界和工业界的关注。然而，锂枝晶的不可控生长和低库仑效率(CE)将其排除在现实世界的应用之外，尤其是在快速充电领域。

北京理工大学陈人杰、李丽等人通过简单的一锅水热反应开发了一种用于快速充电锂金属电池的石墨烯/碳纳米管（GCNT）复合主体。

北理陈人杰/李丽AEM：石墨烯/碳纳米管气凝胶主体实现快充锂金属电池

图1. GCNT的制备过程和锂金属沉积行为的示意图

将CNT引入3D复合材料不仅可以增加杂化物的导电性和表面积，还可以有效地防止石墨烯层在水热处理过程中堆积。

结果，石墨烯和碳纳米管两种组分相互限制，可以获得具有高比表面积和高孔隙率的微/纳米结构复合材料。这种多孔气凝胶可以显著降低局部电流密度，从而实现球形和均匀的锂沉积。

北理陈人杰/李丽AEM：石墨烯/碳纳米管气凝胶主体实现快充锂金属电池

图2. 半电池性能

因此，GCNT气凝胶电极可以在1 mA cm^-2的电流密度和1 mAh cm^-2的容量下保持97.7%的高CE循环430次，对称电池也可以维持高达8 mA cm^-2的高电流密度。与LiFePO₄正极配对的复合负极显示出18 C的超高倍率性能，以及在4 C 下570次循环后97.6% 的超高容量保持率和99.1%的平均CE。

当与NCM811正极配对时，复合负极还可以表现出10 C的高倍率性能，并在随后2 C下的470次循环中实现了83.2%的高容量保持率和99.8%的平均 CE。

北理陈人杰/李丽AEM：石墨烯/碳纳米管气凝胶主体实现快充锂金属电池

图3. 全电池性能

From Flower-Like to Spherical Deposition: A GCNT Aerogel Scaffold for Fast-Charging Lithium Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102454

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