氮掺杂碳包覆Co2P纳米颗粒构建双电子-离子导电3D集流体实现稳定锂金属负极

针对锂金属负极（LMAs）存在的枝晶生长和体积膨胀问题，研究人员通过原位生长氮掺杂碳包覆Co2P纳米颗粒的3D碳布集流体（CC@Co2P-NC），构建了双电子-离子导电网络。该设计通过Li3P和Co的原位生成优化电荷分布，显著提升界面动力学和循环稳定性，与LiFePO4（LFP）正极组装的电池展现出优异的倍率性能，为锂金属电池（LMBs）商业化提供新思路。

　　

锂金属负极（LMAs）因其3860 mAh g^?1的理论比容量和?3.04 V（vs. SHE）的低氧化还原电位，被誉为负极材料的“圣杯”。然而，枝晶生长和无限体积膨胀导致电解液消耗、库仑效率（CE）下降及安全隐患，阻碍其商业化应用。传统3D集流体虽可缓解局部电流密度，但缺乏亲锂性且生成的Li₂O导电性差，难以实现均匀沉积。

厦门大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，提出一种金属有机框架（MOF）衍生的氮掺杂（N-doped）碳包覆Co₂P纳米颗粒修饰的3D碳布（CC@Co₂P-NC），通过熔融锂预存储构建双电子-离子导电集流体。该设计利用N掺杂碳的亲锂性和Co₂P与熔融锂反应生成的Li₃P（高离子电导率）及Co，形成协同导电网络，显著优化电荷分布并抑制枝晶。

关键技术包括：MOF衍生碳化合成Co₂P嵌入N-doped碳纳米片、熔融锂注入原位生成Li₃P/Co复合相、对称电池和全电池（LFP正极）电化学性能测试。

研究结果

1. 材料设计与表征：CC@Co₂P-NC的3D多孔结构降低局部电流密度，N掺杂碳和Co₂P纳米颗粒增强亲锂性，熔锂后形成的Li₃P和Co构建连续离子-电子通路。
2. 电化学性能：对称电池在1 mA cm^?2下稳定循环超过500小时，全电池与LFP正极匹配时展现高倍率容量（150 mAh g^?1，2C）和长循环寿命。
3. 机理分析：Li₃P的低Li⁺扩散能垒和Co的电子传导协同促进均匀锂沉积，3D结构有效缓冲体积变化。

结论与意义
该研究通过MOF衍生策略构建的双导电集流体，解决了LMAs的枝晶和体积膨胀难题。Li₃P的高离子电导率与N-doped碳/Co的电子传导协同作用，为高性能LMBs设计提供了新范式。成果对推动锂金属电池商业化具有重要参考价值，尤其在高能量密度储能领域。