Acc. Chem. Res.:锂金属负极中的枝晶—抑制、调控与消除

北2北

2019-10-29

   随着便携式电子产品和大型储能系统的日益多样化，传统的以石墨作为负极的锂离子电池（libs）已接近其能量密度的理论极限。金属锂负极凭借其超高的理论比容量和最低的氧化还原电势而备受瞩目。然而，不受控的枝晶生长这一臭名昭著的问题严重阻碍了金属锂负极的实际应用。枝晶的生长使锂金属的表面积增大，导致电解液和活性物质的持续损耗，使得电池暴露在起火甚至爆炸等安全风险中。尤其是当电池在大电流下进行长期循环时，其安全形势更加严峻。因此，抑制甚至消除锂沉积与剥离过程中枝晶的生长已迫在眉睫。

在本文中，天津大学的Jiayan Luo等从界面能和体相应力的角度入手，着重介绍了近年来抑制枝晶、调节枝晶和消除枝晶的几种策略。首先，作者回顾了锂金属负极枝晶形成和生长的基本机制。从理论上讲，通过均化电场分布、降低锂离子浓度梯度和促进机械阻塞等方法可以显著改善枝晶形貌。因此，作者介绍了将将二维材料应用于锂金属电池的典型案例。这种方法能够通过应力释放和机械阻塞防止枝晶穿透，从而达到抑制枝晶生长的目的。然而值得注意的是，锂枝晶的生长是一个连续的过程而且会随着电流密度和循环时间的增加而加剧。作者认为，枝晶生长无法从根本上进行抑制而需要对其生长行为进行调控。枝晶调控是指允许枝晶生长，但采取措施将其转化为具有光滑形貌的锂。文章主要介绍了诱导成核和控制生长途径等两种调控策略。解决锂金属负极枝晶生长的难题，可以为金属锂负极的实际应用扫清障碍。

Xinyue Zhang, Jiayan Luo et al, Dendrites in Lithium Metal Anodes: Suppression, Regulation, and Elimination, Acc. Chem. Res.,2019

DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00437

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00437