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復(fù)旦夏永姚/董曉麗NSR: 非水系二次電池鋰金屬負極的實際應(yīng)用途徑

鋰金屬電池（LMBs）由于其高能量密度而顯示出巨大的應(yīng)用潛力，但遇到了較差的循環(huán)壽命和安全問題，揭示其失效機理并了解其與電池性能的關(guān)系具有重要意義。

在此，復(fù)旦大學(xué)夏永姚教授、董曉麗研究員等人概述了有關(guān)鋰金屬負極的最新技術(shù)發(fā)展，總結(jié)了最近對非水系電解液中鋰金屬負極失效機制的見解。

其中，重點介紹了兩種典型的失效模式：一種涉及由于枝晶形成而導(dǎo)致的突然短路，而鋰枝晶的生長是由濃度極化和應(yīng)力釋放引起的；另一種失效模式涉及容量衰減的緩慢過程，伴隨著源自SEI的內(nèi)部電阻增加和死鋰的積累。

得益于先進的表征方法和原位表征技術(shù)，作者逐點解釋了成分、結(jié)構(gòu)和失效之間的關(guān)鍵相關(guān)性，并對導(dǎo)致可充電LMB失效的四個主要因素（即濃差極化、應(yīng)力釋放、SEI形成、死鋰）有了新的認識。此外，作者還討論了鋰負極的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性。

圖1. 不同電解液中SEI的內(nèi)部電阻增加和死鋰積累示意圖

根據(jù)制備方法和應(yīng)用潛力，作者首次將鋰負極分為5類：穩(wěn)定鋰金屬粉末（SLMP）、穩(wěn)定鋰金屬負極（SLMA）、沉積鋰金屬負極（DLMA）、復(fù)合鋰金屬負極（CLMA）和無負極鋰金屬負極（AFLMA）。盡管對鋰金屬負極有了更深入的了解，但對于可用的LMB來說還有很長的路要走。

迄今為止，尚未生產(chǎn)和商業(yè)化具有高安全性的商用LMB。盡管本綜述討論了許多優(yōu)化的鋰金屬負極，但鋰金屬負極的最終形式仍不確定。作者提出了提高LMB實際性能的策略，包括材料創(chuàng)新、電解液改性和先進的表征。除了鋰金屬本身，還應(yīng)研究電解液的改性并精心設(shè)計各種鋰金屬負極。因此，需要更多的嘗試和努力來尋找將鋰負極用于實用高能LMB的解決方案。

圖2. 本綜述提出的五種鋰金屬負極的性能比較

The pathway toward practical application of lithium-metal anodes for nonaqueous secondary batteries, National Science Review 2022. DOI: 10.1093/nsr/nwac031

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