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金属锂电池，包括锂-硫电池、锂-氧电池等，被认为是最有前途的下一代高能电池之一。金属锂具有优异的性能，包括最高的理论容量（3860 mAh•g^-1）和最负的电势（-3.040 V vs. 标准氢电极）。然而，金属锂负极异常活泼，在反复沉积/剥离过程中容易形成枝晶，并伴随着较大的体积变化、与电解质发生一系列副反应等问题，造成不可逆的容量损失或引起内部短路。因此，制定有效的策略来改善金属锂负极是当前金属锂电池研究的核心。研究表明，通过引入具有微/纳结构的多孔导电基底对金属锂进行“限域”是抑制锂枝晶生长的有效策略之一。然而，如何设计同时具有优异导电性、独特纳米结构以及亲锂表面的多孔导电基底仍然是一大挑战。此外，发展具有简易、高效的工艺来构建结构化的纳米电极对于实现纳米材料在金属锂电池中的实际应用也非常重要。

近日，北京化工大学的邵明飞教授课题组首次报道了利用简便的“焙烧”方法实现在三维泡沫镍上快速、大面积制备表面富含氧官能团的碳纳米管网络（O-CNTs）。得到的O-CNTs电极可直接作为三维骨架用于金属锂沉积，并且相比单纯的泡沫镍导电基底具有低锂沉积过电势和优异的循环稳定性。DFT计算和实验结果均证明了碳纳米管表面的含氧基团（C=O）是引导金属锂成核和生长的有效亲锂活性位点。此外，由O-CNTs和多孔金属基底组成的多孔网络保证了其优异的导电性，有效促进了电子和锂离子的传输。

图1.（A）（B）泡沫镍焙烧前后的数码成像；（C）-（F）泡沫镍负载O-CNTs在不同放大倍数下的扫描电镜成像；（D）（H）O-CNTs的透射电镜成像；（I）O-CNTs元素分析成像。

图2.（A）（B）锂原子在含氧和无氧石墨层上的结合方式；（C）DFT吸附能的计算结果；（D）不同基底金属锂沉积的过电势；（E）（F）O-CNTs上不同锂沉积的扫描电镜成像。

这一成果近期发表在Energy Storage Materials 上，文章的第一作者是北京化工大学的硕士研究生刘科和博士研究生栗振华。

该论文作者为：Ke Liu, Zhenhua Li, Wenfu Xie, Jianbo Li, Deming Rao, Mingfei Shao, Bingsen Zhang and Min Wei

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Oxygen-Rich Carbon Nanotube Networks for Enhanced Lithium Metal Anode

Energy Storage Mater., 2018, 15, 308, DOI: 10.1016/j.ensm.2018.05.025

邵明飞教授简介

邵明飞，博士，北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室教授，博士生导师；研究方向主要集中在多维度有序结构电极材料的设计、合成及其在储能与光电催化等领域的应用；目前以第一或通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy、Energy Storage Mater.等国际著名化学、材料类期刊发表SCI收录学术论文40篇；论文SCI引用2800余次，单篇最高引用420余次；11篇论文入选ESI高被引TOP 1%论文；申请国家发明专利10项，其中5项获得授权。

http://www.x-mol.com/university/faculty/49701

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