金属锂负极失效机制及其先进表征技术

摘要

尽管传统的石墨负极在商业化锂离子电池中取得了成功,但其理论容量低(372 mAh·g-1)、本身不含锂的先天缺陷限制了其在下一代高比能量锂电池体系中的应用,特别是在需要锂源的锂-硫和锂-空气电池体系中.金属锂因其极高的理论比容量(3860 mAh·g-1)和低氧化还原电势(相对于标准氢电极为-3.040 V),被认为是下一代锂电池负极材料的最佳选择之一.但是,金属锂负极存在库伦效率低、循环性能差、安全性差等一系列瓶颈问题亟待解决,而循环过程中锂枝晶的生长、巨大的体积变化、以及电极界面不稳定等是导致这些问题的关键因素.本文综述了近年来关于金属锂负极瓶颈问题及其机理,包括金属锂电极表面固态电解质界面膜的形成,锂枝晶的生长行为,以及惰性死锂的形成.同时,本文还介绍了目前用于研究金属锂负极的先进表征技术,这些技术为研究人员深入认识金属锂负极的失效机制提供了重要信息.