研究背景
由于金属锂（Li）具有超高的理论比容量（3860 mAh g-1），较低的氧化还原电位（相对于标准氢电极为-3.040 V）和较低的质量密度，因此成为备受关注的具有高能量密度的可充电电池负极材料之一。为了实现这一目标，研究者们采取了许多有效的措施，包括发展新型电解质和添加剂、在锂金属表面包覆聚合物、构建自修复的表面结构等。采用固体电解质是另一种有吸引力的策略之一。此外，构建三维锂金属电极也能增加电极的稳定性和循环性能，包括碳、多孔铜和聚合物载体等均得到了广泛的研究。其中，锂-碳复合物尤为人关注，例如，通过将熔融锂渗透进入石墨烯层间而构建的锂/还原石墨烯氧化物的复合材料能显著减少体积膨胀和提高循环稳定性。然而，对于实际电池系统，包括锂枝晶、不可控的界面反应和大的体积膨胀等均会导致电池失效。锂金属持续不断地与电解质反应，从而形成厚的多孔层，其中包括固体电解质界面膜和非电化学活性的金属锂。对于锂金属电极而言，不同位置的表面化学性质是不同的，从而造成不均匀的锂沉积。尤为重要的是，在连续的充放电循环中，这种多相界面生长进一步得到放大。从而，使得电极结构退化，并快速消耗电解质和活性锂。尽管有许多报道成功实现了高的比容量和优异的循环性能，然而，这些体系大多采用了过量的锂金属和电解质，这显著降低了电池整体的能量密度。
成果简介
2019年4月29号，Nature Nanotech在线发表了题为“Self-smoothing anode for achieving high-energy lithium metal batteries under realistic conditions”的论文。该工作是由美国西北太平洋国家实验室刘俊及其合作者们完成的。他们报道了一种氨基功能化的介孔碳纤维Li-C负极材料。金属锂与碳材料表面的官能团之间的强相互作用力有利于锂的均匀沉积，并优先在孔洞、空穴中成核，从而构建了一种可逆的且能自平滑的锂沉积体系。实现了高达380 Wh/kg的能量密度和高达200次的循环寿命。
研究亮点
（1） 构建了一种氨基功能化的介孔碳纤维Li-C负极材料。
（2） 金属锂与碳材料表面的官能团之间的强相互作用力有利于锂的均匀沉积。
（3） 在实际测试条件下，实现了高达380 Wh/kg的能量密度和高达200次的循环寿命。
