隨著電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的增加，動(dòng)力電池的能量密度也在不斷提升，目前采用的三元材料/石墨體系的鋰離子帶電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到230Wh/kg-260Wh/kg，采用鋰金屬負(fù)極是進(jìn)一步取得500Wh/kg能量密度的重要途徑。鋰金屬負(fù)極由于其具有超高的理論比容量(3860 mAh/g)以及最低的氧化還原電位(3.04 V vs. SHE)，并且具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，是一種理想的負(fù)極材料，但是鋰金屬在電流密度較大的情況下會(huì)導(dǎo)致枝晶的生長(zhǎng)，一方面會(huì)降低電池的使用壽命，另一方面鋰枝晶的過(guò)度生長(zhǎng)會(huì)刺破隔膜導(dǎo)致正負(fù)極短路，引起嚴(yán)重的安全事故，因此，鋰枝晶問(wèn)題成為鋰金屬應(yīng)用的最大阻礙。

為解決以上問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種通過(guò)激光直寫(xiě)技術(shù)快速制備三維石墨烯集流體的方法，得益于該集流體中石墨烯的特殊缺陷化學(xué)，鋰金屬的形核、生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)得到了有效調(diào)控。利用該技術(shù)，基于磷酸鐵鋰正極的鋰金屬全電池在極高材料負(fù)載(15 mg/cm2)、有限鋰金屬供應(yīng)的情況下(N/P ratio=5)，可循環(huán)250次，容量損失小于10%。該研究發(fā)展的方法能夠在空氣中進(jìn)行，且能夠使用卷對(duì)卷方法大規(guī)模制備，具有工業(yè)化潛力。此外，該研究所揭示的碳缺陷化學(xué)與鋰金屬形核動(dòng)力學(xué)關(guān)系對(duì)于高比能量鋰金屬二次電池的發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。