【原创】“圣杯”电极——金属锂负极

中国粉体网讯   9月27-28日，由中国颗粒学会能源颗粒材料专委会，中国粉体网共同举办的“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”将在南京隆重召开。

金属锂负极材料作为能源颗粒材料重要的分支，一直是新能源领域研究的重点，为此我们邀请到清华大学张强教授为大家带来精彩报告，欢迎行业朋友前来交流探讨！

锂离子电池负极材料中金属锂负极由于具有高的比容量（3861mAh/g）、最低的电化学势（-3.04V）、较小的密度（0.534g/cm3），因而是最具有前景的高能锂离子电池负极材料，更是新兴产业的最佳选择。

以金属锂为负极的锂金属电池，包括锂硫电池、锂氧电池和锂氧化物电池，表现出了极高的理论能量密度：

目前限制金属锂在高能电池中应用的主要问题是死锂和锂枝晶生长，其会导致库伦效率低、循环寿命短和安全性能差等严重问题。虽然至今还没有任何一种模型能够完整地解释锂枝晶的形成原因，但是不妨碍对抑制枝晶生长方法的探索。

抑制枝晶生长的策略

1、电解液修饰

为了正负极之间的离子传输，必须在正负极之间添加一层电解质层。然而，根据前线轨道理论，金属锂与大部分的电解液都不能稳定存在，在初始的钝化过程之后，电解液与金属锂的反应产物可以稳定地保护在负极表面而阻止进一步反应的发生。由于电解液的修饰不需要大幅度地更改电极和电池制造工艺，在经济上可行性较高。因此，大量的研究工作都针对电解液开展，以寻找最佳的电解液组成。

2、高盐浓度电解液

在锂离子电池的研究中1.0M的电解液盐是最佳的浓度，拥有最佳的离子导率和黏度。但是在以金属锂为负极的锂硫和锂空气电池中高盐浓度电解液表现出了较好的性能，有可能重新定义金属锂体系下的电解液盐浓度。高盐浓度电解液经常是指盐浓度超过2M的电解液体系。此类电解液的溶剂大部分被锂盐溶剂化，自由存在的溶剂很少，表现出一定的离子液体性质和其他非常规的优异性能。

3、纳米化电解液

根据空间电荷理论，阴离子在负极表面的浓度变化是带来负极不稳定的重要因素。与高盐浓度电解液类似，纳米电解液也表现出了准固态电解质的性质。这两种电解液都是处于液态和固态电解质过渡状态的电解液，都表现出了优异的抑制枝晶生长的效果，具有提高锂金属电池循环寿命的潜力。和高盐浓度电解液不同的是，纳米化电解液的制备过程相对比较复杂，实际应用时的材料成本升高。如何简易获取此类高效的电解液系统将是其实际应用的关键。

4、固态电解质

液态电解质存在较多的安全隐患，比如泄漏、易燃以及较差的化学稳定性等。用固态电解质可以改善上述问题，而且固态电解质拥有较高的机械模量，可以较好地起到抑制枝晶生长的作用。目前固态电解质应用的最大障碍是离子导率较低，还要考虑其对锂的稳定性以及固态电解质在空气中的稳定性。

5、结构化负极

目前商用的负极材料是将金属锂嵌入石墨的层间，成功解决了金属锂负极本征的枝晶和体积膨胀的问题。同理，如果将金属锂沉积到其他骨架的空隙内部，是否也有望解决金属锂的循环性差的问题。当金属锂存在一个骨架时，不仅可以较好地抑制枝晶的生长，还能够缓解在充放电过程中的体积膨胀问题。综上，通过金属锂中引入骨架时实现金属锂的安全运转的新途径。

在当代理论、表征与新材料科学迅速发展的大环境下，锂金属负极的研究取得重要突破。锂金属作为高比能电池核心材料得到了国际科学与工程界的广泛关注。9月27-28日，由中国颗粒学会能源颗粒材料专委会，中国粉体网共同举办的“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”上，清华大学的张强教授将做《复合金属锂负极》的报告。为我们详细介绍如何抑制枝晶生长，让金属锂负极材料可以实现实际应用。

张强教授简介

1984年出生，黑龙江人，清华大学教授，获得国家“万人计划”青年拔尖人才（2015年）、英国皇家学会“牛顿高级学者基金”等荣誉。2018年8月，入选“2018年度国家杰出青年科学基金”。