以金属锂为负极的锂金属二次电池，包括锂硫电池、锂空电池和锂氧化物电池，都表现出了极高的理论能量密度，这为实现高能量密度储能器件提供了一条新的途径。然而上述电池以锂金属作为负极，在反复剥离/沉积过程中存在着锂枝晶生长、固态电解质界面膜(SEI)易破裂、库伦效率低等问题，导致锂金属电池寿命短且会产生严重安全隐患，限制了其商业化应用。针对上述问题，一方面人们希望增强SEI膜的机械强度与界面稳定性，主要策略包括通过添加剂以优化有机电解液体系中化学组分以及物理或化学方式预先构建人造SEI膜。此外，设计具有微/纳米结构的3D沉积框架可有效降低局部电流密度，利于均匀成核生长并抑制枝晶，且3D导电骨架结构可有效缓解巨大的体积变化以获得更稳定的锂金属负极。
近日，浙江大学涂江平教授与夏新辉研究员课题组（通讯作者）受传统建筑材料稻草砖结构设计的启发，通过简单的溶液法在三维有序碳纤维布(CFC)引入ZnO粒子层，以实现了CFC对于熔融锂金属的润湿性转变。实现了CFC-Li复合材料独特的稳定化结构设计，限制了电极的体积变化并有效降低局部电流密度抑制了枝晶的生成，此外微量ZnO粒子的引入可作为较好的锂金属形核位点。除此之外，因碳纤维布骨架的柔性属性，CFC-Li也表现出良好的弯折性能。相关测试表明，该复合锂金属负极对于电极表面电解液亲润性的增强、SEI膜稳定性的改善以及匹配磷酸铁锂全电池容量与稳定性的提升均具有一定的促进作用。这项工作为实现安全长效的金属锂负极的发展提供了新的设计研究策略。
相关论文“Straw–Brick-Like Carbon Fiber Cloth/Lithium Composite Electrode as an Advanced Lithium Metal Anode”已发表于Small Methods (DOI:10.1002/smtd.201800035)上，第一作者为浙江大学直博生刘苏福。
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