锂离子电池电极中锂枝晶的实时原位观测

朱建宇，冯捷敏，郭战胜,2

（1上海市应用数学和力学研究所，上海 200072；2上海市力学在能源工程中的应用重点实验室，上海 200072；3上海大学理学院力学系，上海 200444）

锂离子电池因其能量密度大、循环寿命长，在移动通讯、手提电脑乃至电动汽车、混合动力汽车等设备中被广泛应用。石墨因其安全性高、成本低和循环性能稳定等诸多优点，是绝大多数商业锂离子电池的负极材料。当然，以石墨作为负极材料的锂离子电池依然有安全隐患，时有报道的电池爆炸就是实证之一。在电池工作过程中，锂离子能够通过石墨电极与电解液之间反应生成的固态电解质膜（SEI）发生锂的沉积。在沉积过程中，SEI膜无法适应锂表面的形貌变化，因而容易发生破裂，SEI膜的破裂会加速这些部位锂的沉积速度，导致锂枝晶的生成，最终引发安全问题，在商用电池中表现为刺穿隔膜造成内短路。

国内外已有很多针对锂枝晶的研究报道。对于电池运行过程会生成锂枝晶的问题，很多研究者希望从根源上解决。Ding等[1]提出可以借用自愈合静电屏蔽机理从根源上控制锂枝晶的产生。陈玲等[2]提出可以用双向脉冲充电法抑制锂枝晶生成。Mayers等[3]使用松散晶界模拟模型研究锂金属二次电池的锂沉积，模型考虑了电沉积动力学的异质和非平衡态本性。该模型也指出脉冲电压充电可抑制锂枝晶的生成。Aryanfar等[4]基于脉冲实验和蒙特卡洛计算研究了锂枝晶生长和抑制动力学，认为合适的脉冲频率能抑制锂枝晶的生长。……