石墨，亲锂还是疏锂？ NSR研究论文

该工作系统研究了金属锂和石墨类，碳材料的浸润性，还为构筑锂碳复合负极材料提供了，一个全新的思路，助力高能量锂电池开发。...

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锂离子电池的负极材料有哪些？在多种负极材料中，金属锂具有超高的，理论容量（3861 mAh/g），在近年来备受关注，但存在循环过程中，体积变化大等缺陷。另一方面，作为碳基负极材料的代表，石墨材料具有良好的循环，稳定性和较低的工作电位。

将金属锂与石墨材料，进行复合，制备金属锂-石墨复合材料是解决金属锂材料缺陷、提高锂电池能量密度，的可能途径。

然而，大量的研究表明金属锂和碳，材料的润湿性差，在进行复合之前，需要对碳材料进行表面，亲锂性处理。因此，在将金属锂和石墨二者，进行复合之前，我们必须首先回答，一个基本问题：石墨到底是亲锂，的还是疏锂的？二者到底能否复合？

为回答这些疑问，同济大学的黄云辉教授、罗巍研究员和mit的李巨，教授进行合作，系统研究了不同类型石墨，类碳材料与金属锂的浸润性，相关结果以“Is Graphite Lithiophobic or Lithophilic?”为题发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。博士生段建、博士后郑玉恒为，共同第一作者。

首先，作者测定了高定向(高定向，)热解石墨（highly oriented pyrolytic graphite, HOPG）的锂浸润性质，发现熔融态金属锂在，hopg表面的接触角为73°，表现出良好的亲和性。基于第一性原理的，仿真分析也证实，锂和石墨具有，良好的亲和性。

金属锂和高定向热解石墨（HOPG）的接触角实验。

然而，在多孔石墨纸（porous carbon paper, PCP）上，金属锂的接触角，高达到142°，展现出不浸润的状态。通过XPS分析，作者发现相比于HOPG，pcp表面有大量的，含氧官能团。这些表面杂质会对锂和pcp，的接触线（contact line）起到钉扎作用，导致pcp表现出，不亲锂特性。

金属锂和多孔碳纸（PCP）的接触角实验。

为进一步论证这一设想，作者对PCP进行锂化，以降低pcp的电化学，电势并消除表面钉扎点。结果，锂化石墨纸（lithiated PCP）与金属锂表现出优异，的亲和性，并且由于其多孔的特性，金属锂在接触，lithiated PCP后迅速穿过，最终呈现的接触角为，52°。

金属锂和锂化多孔碳纸（lithiated PCP）的接触角实验。

更进一步，作者通过商用石墨石墨粉粉末与熔融态金属锂的润湿性，实验来佐证这一结论，发现锂化石墨粉末可以均匀分布在，锂金属中。

利用这一发现，作者成功调控了石墨纸，的亲锂性，并制备出大片的锂-石墨复合负极材料。在与三元正极或硫/碳正极搭配的全电池中，该复合负极材料均表现出较，好的循环稳定性。

该工作系统研究了金属锂和石墨类，碳材料的浸润性，还为构筑锂碳复合负极材料提供了，一个全新的思路，助力高能量锂电池开发。

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