浅析关于金属锂负极的机遇与挑战

本文摘要：早于在索尼发售首款商用锂离子电池之前使用金属锂负极的锂电池早已被普遍的应用于，但是金属锂负极在电池的过程中不存在锂枝晶的问题，锂枝晶会引发两方面的问题：1)锂枝晶生长到一定的程度后再次发生脱落沦为杀锂，造成电池容量波动；2)锂枝晶大大生长，最后不会刺入隔膜，造成正负极短路，引起热失控。鉴于以上原因，早期的金属锂电池都是作为一次电池用于，虽然其比能量很高，但是由于成本高昂，造成其应用领域有限，不能应用于在一些高端领域。

早于在索尼发售首款商用锂离子电池之前使用金属锂负极的锂电池早已被普遍的应用于，但是金属锂负极在电池的过程中不存在锂枝晶的问题，锂枝晶会引发两方面的问题：1)锂枝晶生长到一定的程度后再次发生脱落沦为杀锂，造成电池容量波动；2)锂枝晶大大生长，最后不会刺入隔膜，造成正负极短路，引起热失控。鉴于以上原因，早期的金属锂电池都是作为一次电池用于，虽然其比能量很高，但是由于成本高昂，造成其应用领域有限，不能应用于在一些高端领域。随着人们对锂离子电池能量密度的拒绝大大提升，现有的石墨/过渡性金属氧化物体系早已无法符合超高比能量的拒绝，于是金属锂负极由开始转入人们的视野。

要使用金属锂负极首先要解决问题的就是锂枝晶的问题，传统的液体电解质很难在机械强度和离子电导率两个方面都符合金属锂电池的拒绝，好在人们早已找寻到了解决锂枝晶的有效地方法，为金属锂负极的应用于铺平了道路。近日，来自法国巴黎的A.Mauger等人在JournalofPowerSource杂志上发表文章，全面总结了金属锂负极的研究成果。1.金属锂负极表面研究1.1提升金属锂负极的活性面积研究表明减少金属锂表面的电流密度可以明显的诱导锂枝晶的产生，为了提升金属锂负极的比表面积，减少电流密度，人们尝试将金属锂制取沦为粉末，但是金属锂粉不但便宜，而且十分危险性，因此该方法并不限于。另外一种方法是微针表面改性法，利用装由微针的滚轮，可以在金属锂负极的表面产生凹坑，研究表明这种方法可以明显的减少电池的电阻和极化。

1.2优化Li-电解液界面机械特性为了诱导锂枝晶的生长，固态电解质的剪切模量必须超过6GPa，聚合物电解质的剪切模量一般来说可以超过105Pa，需要长年诱导锂枝晶的生长，避免正负极短路。1.3金属锂表面维护在金属锂负极的表面再加一层无机或有机人造SEI膜层，不仅需要使得Li+沉积的更为均匀分布，还能在Li+沉积时产生适当的形变，避免锂枝晶的产生。另外一种行之有效的办法是在电解液种加到少量的还原成电势稍高于Li+的Cs+和Rb+，研究表明在Cs+和Rb+浓度0.1mol/L时，当局部构成Li枝晶时，由于较高的电流密度，不会更有Cs+和Rb+，从而在枝晶的表面构成一层具有正电荷的离子层，从而对Li+构成敌视，促成Li+到其他区域沉积，从而制止锂枝晶的生长。2.电解液改性2.1固态聚合物电解质PEO因为较低玻璃态转变温度和较好的Li盐溶解性，使其非常适合作为固态电解质限于，但是失望的是PEO的离子电导率不低，无法适应环境大电流静电的市场需求。

PEO较低离子电导率主要是因为，其在低温下部分结晶，容许了离子迁入速度，其中一种解决问题方法是引进共聚物，诱导电解质结晶。

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