由于鋰枝晶引起的嚴重鋰退化和安全問題，實用鋰金屬電池(LMBs)仍遠未應用。

西安交通大學唐偉、上海空間電源所解晶瑩、新加坡材料研究與工程研究所劉兆林等建立了一個與傳熱模型相結合的電化學鋰沉積模型，以探測在不同沉積過電位下發熱功率隨時間變化的演化，并顯示了鋰沉積系統中的熱分布和鋰離子分布。

圖1 熱力學沉積下的鋰枝晶形態演化與COMSOL模擬

研究顯示，在不規則鋰生長和初生枝晶的突起區域尖端觀察到局部熱點。與Li的平坦區域相比，尖端區域周圍明顯的高溫和鋰離子通量梯度加劇了不均勻的不規則鋰沉積和進一步的鋰枝晶生長。

考慮到石墨烯薄片在室溫下在3080-5150 W m^-1 K^-1范圍內的極高熱導率，作者構建了一種導熱石墨烯涂層隔膜來消除這些局部熱點。其中，石墨烯側面朝向鋰金屬，起到原位熱分散介質的作用，以排除不規則鋰沉積周圍的局部熱積累并抑制進一步的枝晶生長。

圖2 所制備的石墨烯和復合隔膜的表征

結果，采用石墨烯/PP復合隔膜的Li||Cu電池在1 mA cm^-2下循環250次后顯示出致密且體積大的鋰沉積，并具有>95%的高CE值。此外，所構建的隔膜將鋰金屬從≈65%的低CE恢復到>95%的高CE，并延長了循環壽命。

另外，基于該隔膜的Li||LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂全電池在≈3.3的低負極與正極(N/P)容量比、4.4 μL mAh^-1的低電解液與容量比(E/C)以及0.2 C下獲得了193 mAh g^-1的高初始放電比容量和40次循環后94%的良好容量保持率。該研究強調了鋰枝晶引起局部熱的熱力學因素及其消除以防止鋰負極劣化，這為高性能LMBs的鋰金屬保護策略提供了見解。

圖3 半電池性能

A Graphene-Coated Thermal Conductive Separator to Eliminate the Dendrite-Induced Local Hotspots for Stable Lithium Cycling. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201190