电解液化学保护锂金属电池负极的研究进展

杨 珺，林元华，廖 丽，陈杨阳，冯炫杰，李 佩，纪洪江，王明珊，陈俊臣，李 星

(西南石油大学 新能源与材料学院，成都 610500)

从1800年伏达(Volta)发明了伏达电堆以来，已经有多种电池体系被人们商业化，包括铅酸电池、镍镉电池、镍-氢电池以及锂离子电池[1]。锂离子电池无疑是其中最具代表性的。如今，锂离子电池广泛应用于各类便携设备中，并在下一代新能源车型中被大力推广，化学储能电源在当今社会中不断凸显出明显的市场地位。但是，即使锂离子电池经过了数十年的发展，其能量密度(≈250 Wh/kg，单体电池)依然难以满足人们的需要[2]。高活性锂金属因具有低的氧化还原电势(-3.04 V对标准氢电极)及高的理论比容量(3860 mAh/g)，被认为是综合性能最优异的负极材料。图1为不同电池体系的能量密度对比，使用锂金属作为负极的Li‖LMO(过渡金属氧化物正极)电池能够直接达到约440 Wh/kg的能量密度[3]。在Li-S,Li-O2电池中，更是能够直接达到2600,3505 Wh/kg的能量密度[4]。近年来对锂-硫电池、锂-空气电池研究的不断深入，加快了锂金属电池的应用速度[5]。然而，锂金属作为负极时存在低库仑效率及严重的锂枝晶生长问题并未从根本解决，前者会造成电池容量及循环性能的迅速衰减，后者会给电池带来严重的安全隐患。

图1 各种电池体系能量密度[3]Fig.1 Energy density of various battery systems[3]

对锂金属负极的研究可以追溯到20世纪60年代，当时美国军方在考虑登月使用的电源时，想到了锂金属作为负极的非水电解质电池。但是，由于安全性问题一直不能解决，锂金属负极的研究一度被搁置。……