鋰金屬電極的兩種典型失效形式

鋰金屬電池是下一代高能量密度電池的重要候選者之一，其優(yōu)點在于電極電位較低、理論容量高、能量密度大，但存在安全性和壽命問題。

近日，復(fù)旦大學(xué)董曉麗、夏永姚等在《國家科學(xué)評論》（National Science Review, NSR）發(fā)表綜述文章，總結(jié)了鋰金屬電池中的鋰金屬電極的兩種主要失效形式，并總結(jié)了五大類具有應(yīng)用價值的鋰金屬電極，為未來的研究提供了思路。

文章中，作者對鋰金屬電極的兩種典型失效形式（短路與容量衰減）進行了分析。其中：

短路主要是由鋰枝晶所造成的，比如，電極表面鋰離子濃度不均勻等因素會導(dǎo)致鋰枝晶生長，從而刺穿隔膜，造成短路。

容量衰減則來自于鋰與電解液的反應(yīng)與其自身的粉化過程。鋰的反應(yīng)性較為活潑，會與電解液反應(yīng)，消耗一定的活性鋰，造成一部分電池容量損失；同時，充放電過程中鋰金屬的粉化（dusting）會造成阻抗的上升，耗費電池電量。

在了解這兩種主要的鋰金屬電極失效機理后，研究人員就可以展開更具針對性的研究和設(shè)計。

接下來，作者根據(jù)制備方法和相關(guān)應(yīng)用，將目前的鋰金屬電極研究分為五類，并分別進行了介紹和分析。

五種鋰金屬負極的性能對比雷達圖

其中：

穩(wěn)定化金屬鋰粉電極（stabilized lithium-metal powder anode，SLMP），可有效補償石墨等商業(yè)負極材料的不可逆容量；

穩(wěn)定化鋰金屬電極（stabilized lithium-metal anode，SLMA），可降低鋰金屬的粉化過程并抑制枝晶；

沉積鋰金屬電極（deposited lithium-metal anode，DLMA），可有效控制電極表面的電流密度，但制備過程較為繁瑣復(fù)雜；

復(fù)合鋰金屬電極（composite lithium-metal anode，CLMA），較容易形成可靠的電極結(jié)構(gòu)，避免了預(yù)鋰化等復(fù)雜的制備工藝；

無陽極鋰金屬電極（anode-free lithium-metal anode，AFLMA），直接使用銅作為陽極，大大簡化了電池的制備工藝。

綜合來看，穩(wěn)定化鋰金屬電極是最為有前景、實用化程度最高的一種電極；而穩(wěn)定化鋰金屬粉末電極則是提升電池能量密度的首選。

文章還指出，當(dāng)前的技術(shù)距離鋰金屬電極的實用化仍有一段差距。隨著先進表征技術(shù)與制備工藝的發(fā)展，對鋰金屬電池的工作機制會研究得更加透徹，制作工藝會得到進一步的完善；在此基礎(chǔ)上，安全且高能的鋰金屬電池或許有望很快推出并進入市場，引領(lǐng)新的能源革命。

審核編輯 ：李倩