虽然锂金属是下一代高能量密度电池的理想阳极，但在发挥其全部潜力之前还需要解决一些挑战。一个研究团队对锂沉积行为进行了研究，并开发了一种涉及硬碳主体的策略，成功解决了目前锂金属阳极开发面临的一些问题。

团队对硬碳主体中的锂沉积行为进行研究

“该策略通过合理设计主体和电解质解决了体积变化和枝晶问题，为实现锂金属负极提供了广阔的前景，”中国电子科技大学教授王立平说。

该团队在《纳米研究》杂志上发表了他们的研究。

锂金属因其超高的理论容量、极低的电极电位和低密度而被公认为下一代电池的有前途的负极。然而，锂金属存在不可控的锂枝晶生长、副反应和无限大的相对体积变化等问题。这些问题会降低电池的效率并缩短电池的循环寿命，甚至可能导致短路或安全风险。

随着时间的推移，研究人员提出了各种缓解枝晶生长和体积膨胀的策略。这些策略包括构建三维复合锂阳极、优化电解质成分、应用人工界面以及使用固态电解质。

三维主体是解决体积膨胀和枝晶生长问题最有前途的策略。碳基材料是锂金属负极的理想主体候选材料，因为它们重量轻、导电率高、孔隙结构多，并且具有稳定的电化学/化学性能。

“然而，即使具有这些优势，碳基主体仍未完全解决体积膨胀和枝晶生长的挑战，”Wang说。

最近，研究人员探索了用亲锂物质(如锌、氧化锌、铝、锡、硅、银和镁)改性碳材料，并开发合适的电解质作为提高这些三维主体材料性能的有效方法。

“然而，尚未系统地分析锂沉积行为及其在这些过程中的内在机制，”王说。

为了更好地理解构效关系并指导高性能碳基主体电极的开发，锂沉积行为及其内在机制，研究团队进行了深入研究。他们使用光学显微镜和扫描电子显微镜系统地研究了碳氢化合物电极在不同表面改性和电解质下的锂沉积行为。

他们发现锂不会自发地沉积到碳孔中，这在很大程度上取决于碳表面、电流密度、面容量和电解质。

因此该团队开发了一种以银为稳定主体的亲锂改性商用硬碳。他们发现亲锂位点的引入会导致适度的枝晶生长并抑制体积膨胀。

他们还发现局部高浓度电解质被证明与锂更相容，并且可以优化锂沉积形态而不是枝晶。因此，局部高浓度电解质中的银/碳氢化合物电极在循环过程中表现出低体积变化，实现了均匀且无枝晶的锂沉积形貌，并显示出良好的长期循环效率超过316次循环。

该团队总结了他们的发现，并解释说尽管多孔碳在理论上有容纳锂的空间，但锂离子不会沉积到预期的孔隙中，因为锂原子更喜欢以爆炸性增长模式聚集并且强度足以支撑碳颗粒。他们还发现，碳表面改性可以部分缓和锂沉积，同时降低成核势垒。

然而，由于它是锂沉积在亲锂碳上后的锂-锂沉积行为，因此效率不高。该团队了解到，使用局部高浓度电解质可以更有效地实现无枝晶锂沉积。