超豪华阵容！十余家顶级机构联合署名EES综述电池中使用锂金属的策略

近日，包括德国乌尔姆亥姆霍兹研究所（HIU）、德国航空航天中心（DLR）、德国明斯特大学（WMU）、德国于利希研究中心（FZJ）、德国亥姆霍兹明斯特研究所（HI MS）、卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）、美国阿贡国家实验室（ANL）、美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）、美国西北太平洋国家实验室（PNNL）、麻省理工学院（MIT）、德克萨斯农工大学（TAMU）、斯坦福大学（Stanford）在内的十余家顶级单位联合署名发表综述，阵容超级豪华，其中共同一作有四位，通讯作者有三位，小编带大家看一下这篇超级综述都讲了哪些内容。

在锂离子电池中使用锂金属负极有望获得最高的理论能量密度，但循环过程中锂负极形态稳定性和库仑效率较差，尤其是在液态电解液中。与固体电解质相比，液态电解液具有离子电导率高和负极润湿性好的优点，但是在循环过程中锂金属的体积会发生变化。由于锂的不均匀沉积和溶解导致容量快速衰减是锂金属负极与液态电解液组合面临的主要障碍。

在此，德国乌尔姆亥姆霍兹研究所Arnulf Latz、美国阿贡国家实验室Khalil Amine以及美国劳伦斯伯克利国家实验室Robert Kostecki（共同通讯）等人讨论了实验和理论角度上如何为二维金属锂的可逆循环提供可能的途径。

因此，作者首先讨论了在纳米尺度上对金属锂成核、沉积和剥离的认识的改进。由于固体电解质界面相(SEI)在锂形态中起着关键作用，作者讨论了如何进行适当的SEI设计以实现稳定的循环，重点介绍了传统和（局部）高浓度电解质在各自SEIs方面的最新进展。

最后讨论了人工界面和三维主体框架，它们在电极水平上减轻形态不稳定性和抑制大的形状变化方面具有应用前景。

图1. 锂成核、电镀和剥离行为示意图

在稳定SEI方面，作者指出不仅可以调制标准液态电解质，还可以通过具有独特溶剂化行为的高浓度电解液来解决。改进的原位形成SEI和人工中间相也是另外可取的途径；在体积变化方面，电极框架提供了一种选择，但不适用于可充电锂金属电池，因为该电池要求限制过量的锂甚至无负极。

同时由于成本原因，设计合理、确保寿命的框架可能难以商业化。因此，锂金属负极仍面临巨大挑战，需要对锂金属电池的当前发展有更深入的了解。

图2. 不同策略改进锂金属负极的优势和挑战

Strategies towards enabling lithium metal in batteries: interphases and electrodes, Energy & Environmental Science 2021. DOI: 10.1039/D1EE00767J

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超豪华阵容！十余家顶级机构联合署名EES综述电池中使用锂金属的策略

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