鋰金屬因其高理論容量和低電化學電位而被視為可充電電池負極的“圣杯”。然而，鋰枝晶的生長可能會導致電化學電鍍/剝離過程中的庫侖效率（CE）低、容量衰減快和潛在的安全隱患，給實際應用帶來重大挑戰。使用3D主體可以限制鋰沉積的體積增長和死鋰的產生，是一個有吸引力的選擇。

在此，北京理工大學陳人杰教授、黃永鑫副研究員等人提出了一種由還原氧化石墨烯（rGO）泡沫和Co₃O₄/NiO異質結組成的3D復合框架的創新設計，用于實現無枝晶鋰金屬負極。該框架的制備主要分為3步：首先，通過有效的均勻混合和煅燒兩步法制備Co₃O₄/NiO異質結。隨后，將異質結與GO溶液均勻混合。最后，通過冷凍干燥將Co₃O₄/NiO異質結復合在rGO表面，最終獲得了多維復合主體。

研究表明，Co₃O₄/NiO異質結提供了豐富的相界，有利于提供活性位點并增強鋰原子的吸附能，異質結構降低的成核勢壘可以進一步調節鋰電鍍過程。此外，rGO基底可形成導電網絡，緩解鋰沉積引起的體積膨脹。原位XRD進一步表明，Co₃O₄/NiO異質結的穩定性在電鍍/剝離過程中沒有受到顯著影響，在長循環過程中仍然可以保持豐富的邊界來調節鋰沉積。

圖1. Co₃O₄/NiO-rGO網絡示意圖及其在循環中的作用

因此，基于以上協同效應，具有親鋰Co₃O₄/NiO-rGO主體的鋰負極表現出超穩定的庫倫效率，在1 mA cm^-2的電流密度和1 mAh cm^-2的容量下具有超過1000次循環的長循環壽命。即使電流密度高達10 mA cm^-2，Co₃O₄/NiO-rGO-Li負極也具有低滯后電壓，表明Co₃O₄/NiO-rGO網絡具有很強的電子導電性和穩定的可逆性。

為了進一步證實該網絡的實際應用，作者基于Co₃O₄/NiO-rGO-Li負極與商用LiFePO₄正極直接匹配組裝的全電池也表現出優異色的循環性能，在1 C下具有超過500次循環的超長壽命。總之，這項工作使用界面工程將兩種沒有親鋰性的氧化物結合起來形成親鋰材料，從而拓寬了可用的親鋰物種的種類，也為設計用于鋰金屬負極的多維復合框架提供了更多靈感和機會。

圖2. Co₃O₄/NiO-rGO-Li負極的電化學性能

Multidimensional Co₃O₄/NiO heterojunctions with rich-boundaries incorporated into reduced graphene oxide network for expanding the range of lithiophilic host, InfoMat 2022. DOI: 10.1002/inf2.12313