InfoMat综述：锂金属电池负极保护策略

兔兔

2021-05-10

锂金属电池（LMBs）由于其巨大的理论比容量（3860 mAh g^-1）被认为是电动汽车等应用中最有希望的储能设备。然而，对于任何具有锂金属负极的可充电电池而言，由沉积过程中的枝晶生长引起的严重的安全问题和不良的循环性能令人担忧。有鉴于此，西安交通大学苏州研究院Hui Xu、Hong Jin和密歇根州立大学Keliang Wang等人综述了近年来发展无枝晶锂负极的策略，包括构建人工固体电解质界面（SEI）、电流集流体改性、隔膜改性和电解质添加剂等。

本文要点：

1）在锂金属电池表面涂覆一层人工SEI，可显著提高锂金属电池的性能。这些人工SEI层可能有效地抑制了Li枝晶的生长，显著提高了电化学性能。这项研究仍处于初级阶段，人们对导致性能提高的基本机理知之甚少。预计将作出进一步努力：（i）发展先进的原位表征技术，研究人工SEI形成的机理；（ii）发展廉价、简单的制备方法；（iii）将人工层策略与其他方法结合，进一步提高Li金属电池的性能，不同的组合可能带来意想不到的效果。

2）三维集流体可以有效抑制锂枝晶的生长，并与其他电池组件高度兼容。虽然在实验室中取得了良好的效果，但距离实际生产还很遥远。开发用于商业应用的3D集流体的进一步努力必须解决至少三个主要问题：（i）使用例如纳米结构碳材料提高电池的CE；（ii）解决由于金属集流体因质量密度高而引起的比能量密度低的问题；（iii）解决由于3D集流体空隙填充而导致的质量增加。

3）实际隔膜通过避免正负电极之间的直接相互作用，实现离子传递，对提高电池的电化学性能起着重要作用。隔膜优化的方法，包括使用纳米颗粒改性聚烯烃膜，开发多层膜等。这两种方法都提供了促进离子输运和增加机械强度的独特解决方案，同时抑制锂枝晶生长和多硫化物相互作用的穿梭效应。

4）电解液中的添加剂旨在引导Li的沉积，与Li负极反应成核并生长稳定的致密界面层，从而改善Li金属电池的电化学性能。在实验室，研究人员积极探索和开发功能性添加剂，以获得均匀稳定的SEI膜，提高电池寿命。由有机和无机成分组成的强SEI薄膜将有望实现最佳的锂金属电池功能。这些组分包括多功能添加剂，不仅可以优化电解质添加剂的性能和特性，还可以优化正极和隔膜表面的性能和特性。改善陶瓷电解质与电极之间的界面或改变聚合物电解质的离子电导率对促进锂金属电池的工业化具有重要意义。

Jiawei Li et al. Strategies to anode protection in lithium metal battery: A review. InfoMat 2021.

DOI: 10.1002/inf2.12189.

https://doi.org/10.1002/inf2.12189