鋰金屬負(fù)極以其十倍于石墨的理論容量，被視為鋰電池的“圣杯”。然而，鋰枝晶在充放電過程中野蠻生長(zhǎng)，不僅會(huì)“刺穿”電池隔膜導(dǎo)致短路，更會(huì)在反復(fù)的沉積與剝離中，像反復(fù)膨脹收縮的“呼吸”一樣，撐破電極結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電池迅速失效。清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院的李寶華教授團(tuán)隊(duì)與廈門理工學(xué)院姜春海教授團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)換思路，不從外部“圍堵”，而是為鋰金屬精心構(gòu)筑了一個(gè)內(nèi)部“家園”。他們利用氧化石墨烯與聚合物基底在熱處理中“熱縮冷脹”的差異，巧妙地制備出一種輕質(zhì)、柔性的褶皺石墨烯（WG）結(jié)構(gòu)。這個(gè)三維的“微褶皺森林”不僅增加了表面積以分散電流，其豐富的褶皺空隙更能像海綿一樣吸收循環(huán)中的體積應(yīng)力，引導(dǎo)鋰以平滑、致密的層狀形式沉積。基于此的鋰金屬負(fù)極，在對(duì)稱電池中實(shí)現(xiàn)了超過1800小時(shí)的長(zhǎng)穩(wěn)定循環(huán)，與商業(yè)磷酸鐵鋰正極組成的全電池也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

01挑戰(zhàn)：枝晶生長(zhǎng)與體積效應(yīng)

鋰金屬負(fù)極雖好，但兩大頑疾使其難以實(shí)用：一是鋰離子容易在表面凸起處“扎堆”生長(zhǎng)，形成樹枝狀的鋰枝晶；二是鋰在沉積與剝離過程中的巨大體積變化，產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力會(huì)破壞電極結(jié)構(gòu)。

研究團(tuán)隊(duì)采用的策略如同一個(gè)“精細(xì)的烹飪過程”。他們首先電紡出聚合物前驅(qū)體薄膜，然后在它“柔軟”的時(shí)候，用電噴霧“噴上”一層氧化石墨烯“涂層”。在后續(xù)的熱處理（碳化）過程中，由于石墨烯層與聚合物基底的收縮程度不同，就像一張濕潤(rùn)的紙?jiān)诤娓蓵r(shí)會(huì)起皺一樣，石墨烯片層被“壓”出了穩(wěn)定且均勻的三維褶皺紋理。

02構(gòu)筑引導(dǎo)鋰沉積的“微褶皺森林”

傳統(tǒng)方法是將石墨烯涂覆在已成型的碳纖維（CNF）骨架上，得到的是相對(duì)平滑的表面（SG）。而該研究的創(chuàng)新在于“順序顛倒”——先“噴涂料”，再“建骨架”。

掃描電鏡圖像揭示了這個(gè)精妙結(jié)構(gòu)。與光滑的SG表面（圖1d, e）相比，WG結(jié)構(gòu)布滿了連綿起伏的“山丘”與“山谷”（褶皺），形成了大量微米級(jí)的孔隙。這種結(jié)構(gòu)帶來了三大優(yōu)勢(shì)：

• 擴(kuò)大“宅基地”：高比表面積有效降低了局部電流密度，從源頭防止鋰離子集中沉積。
• 提供“錨點(diǎn)”：褶皺石墨烯表面的缺陷和官能團(tuán)，是親鋰的“種子位點(diǎn)”，能引導(dǎo)鋰均勻成核。
• 預(yù)留“呼吸空間”：褶皺間的空隙為鋰沉積提供了緩沖空間，結(jié)構(gòu)本身的彈性也能吸收體積膨脹應(yīng)力。

03鋰的“平整落戶”與“完美搬遷”

鋰在不同基底上的沉積行為，直觀地證明了WG結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。

當(dāng)沉積1 mAh cm?2的鋰時(shí)，在WG表面形成的是致密、平滑的金屬層，沒有枝晶的蹤影。即使沉積量加大到6 mAh cm?2，鋰仍能致密地填充每一個(gè)褶皺“山谷”。最關(guān)鍵的是，當(dāng)這些鋰被完全剝離后，WG基底露出了干凈、完好的原始褶皺表面，幾乎沒有殘留的“死鋰”。

相比之下，在普通碳纖維（CNF）或平滑石墨烯（SG）上，鋰的沉積則顯得“雜亂無章”，形成疏松的團(tuán)簇或塊狀顆粒，剝離后表面?zhèn)劾劾邸＿@證明，WG的褶皺結(jié)構(gòu)像一條規(guī)劃良好的“高速路”，能引導(dǎo)鋰離子均勻、有序地“停車”（沉積）和“駛離”（剝離）。

04高效率與長(zhǎng)壽命的“雙優(yōu)答卷”

電化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)全面印證了WG結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性：

成核過電位低：WG的初始鋰成核過電位（~34 mV）低于CNF和SG，表明其表面更有利于鋰的沉積。

循環(huán)壽命長(zhǎng)、效率高：在1 mA cm?2、1 mAh cm?2的條件下，WG負(fù)極實(shí)現(xiàn)了平均97.8%的庫(kù)倫效率，穩(wěn)定循環(huán)超過300次。以其組裝的對(duì)稱電池可穩(wěn)定運(yùn)行超過1800小時(shí)，過電位保持在~20 mV左右。

庫(kù)倫效率曲線顯示W(wǎng)G（紅色）性能最穩(wěn)定且衰減最慢。對(duì)稱電池測(cè)試中，WG對(duì)應(yīng)的電壓曲線也最為平穩(wěn)。

全電池性能優(yōu)異：與高面容量磷酸鐵鋰（LFP）正極（2.7 mAh cm?2）配對(duì)，即使在負(fù)極鋰余量（N/P比）低至2.2的苛刻條件下，全電池在1C倍率下循環(huán)100圈后容量保持率仍達(dá)96.1%，并表現(xiàn)出良好的倍率性能，證明了其接近實(shí)用化的潛力。

該工作成功開發(fā)了一種制備輕質(zhì)褶皺石墨烯宿主材料的簡(jiǎn)易方法，并系統(tǒng)證明了其在抑制鋰枝晶、提升循環(huán)穩(wěn)定性方面的有效性。其核心在于通過合理的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同步實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰離子流、成核行為及循環(huán)應(yīng)力的主動(dòng)管理。這項(xiàng)研究為高能量密度鋰金屬電池的開發(fā)提供了有價(jià)值的材料解決方案和設(shè)計(jì)思路。該策略有望進(jìn)一步拓展至鈉、鋅等其他金屬電池體系。

Kui Lin, Hai Lin, Lingyan Ruan, Xianying Qin, Tongbin Lan, Chunhai Jiang, Baohua Li, Lightweight wrinkled graphene texture for smooth and reversible lithium deposition, Carbon, 252, 121369 (2026)

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2026.121369

【通訊作者信息】

李寶華，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事新型炭材料、鋰離子電池和固態(tài)電解質(zhì)等能源材料與器件及電池回收技術(shù)等方向研究工作。在Science、Nature Reviews Materials、Nature Energy、Nature Communications、Advanced Materials和新型炭材料等國(guó)內(nèi)外期刊發(fā)表SCI論文460余篇，ESI高被引用論文30余篇， SCI引用35000余次，H因子100，2020-2023年連續(xù)四年入選科睿唯安高被引科學(xué)家。申請(qǐng)發(fā)明專利100多項(xiàng)，已實(shí)現(xiàn)30多項(xiàng)專利技術(shù)應(yīng)用。深圳下一代動(dòng)力與儲(chǔ)能電池關(guān)鍵技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室主任，SIGS材料與器件檢測(cè)技術(shù)中心（CNAS認(rèn)可和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，CSA授權(quán)）創(chuàng)始人兼負(fù)責(zé)人，廣東省電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)副主任，中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)電池及其相關(guān)材料領(lǐng)域委員會(huì)（CSTM/FC59）主任委員，Energy & Environmental Materials期刊副主編，Energy Materials and Devices 期刊副主編，Journal of Materials Chemistry A期刊顧問編委。

姜春海，研究員，福建省“閩江學(xué)者”特聘教授；中國(guó)石油大學(xué)（華東）和華僑大學(xué)兼職博士生導(dǎo)師；現(xiàn)任廈門理工學(xué)院研究生處處長(zhǎng)、新能源材料與器件專業(yè)負(fù)責(zé)人，兼任廈門理工學(xué)院僑聯(lián)主席、廈門市僑聯(lián)副主席、中國(guó)化學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)院理化檢測(cè)分會(huì)副主任委員。目前主要開展新能源材料與器件相關(guān)研究，近年來主持某國(guó)家專項(xiàng)子課題、中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目、福建省科技廳工業(yè)引導(dǎo)性項(xiàng)目、廈門市科技計(jì)劃項(xiàng)目、企業(yè)橫向委托課題等項(xiàng)目20余項(xiàng)，作為合作單位負(fù)責(zé)人參與福建省技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目、廈門市重大科技計(jì)劃項(xiàng)目(未來技術(shù)領(lǐng)域)各一項(xiàng)；獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利25項(xiàng)，獲中科院沈陽分院優(yōu)秀青年科技人才獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng)；在《Nano Today》《Journal of Power Sources》《Applied Surface Science》《JMST》等國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文130余篇，第一和通訊作者論文他引3000余次。迄今培養(yǎng)博士生2名，碩士生14名（含聯(lián)合培養(yǎng)3名），其中2人獲得福建省優(yōu)秀碩士學(xué)位論文。

來源：Carbon碳材料