锂金属负极中抑制锂枝晶生长的研究进展

陈 涛，李晶泽，刘洪利，石建建，肖菊兰

(1.成都工业学院，四川 成都 611730；2.电子科技大学，四川 成都 611731)

1 引言

随着电动汽车行业对电池能量密度的要求越来越高，以石墨为负极的锂离子电池已无法满足要求，为了解决这个问题，需要有更高比容量的负极材料来代替石墨，锂金属具有超高的理论比容量(3 860 mAh·g-1),最低的氧化还原电位(-3.040 V·vs.标准氢电极)，成为其最有前景的替代者[1,2]。但是锂离子在锂金属电极中的电化学行为不可控，导致在充放电过程中锂金属负极存在锂枝晶生长的现象，使电池的库伦效率低下、循环寿命短，甚至导致安全问题[2]。因此，如何抑制锂枝晶的生长成为目前学术界研究的热点，本文综述了不同的抑制锂枝晶的策略包括改性固体电解质界面(Solid Electrolyte Interface，SEI)膜、利用固体电解质代替液态电解质和结构化复合锂金属负极。讨论了不同的抑制锂枝晶生长的策略的优点以及局限性，并在此基础上讨论了抑制锂枝晶可能有效的方向。

2 SEI膜改性

2.1 SEI膜诱导模型

锂金属负极与电解液接触后，两者会发生不可逆反应，在锂金属表面形成具有固态电解质性质的SEI膜，该膜是离子导体、电子绝缘体，它具有双层结构，靠近锂金属表面的是Li2O、LiF、LiOH和Li2CO3等组成的无机层，靠近电解液的是由ROCO2Li、ROLi和RCOO2Li(R是与溶剂有关的有机基团)等组成的有机层，有机成分和无机成分是竞争性平衡和共存的关系，具有镶嵌形态[3]，如图1所示。

图1 SEI镶嵌结构示意图[3]Fig.1 Mosaic structure of SEI[3].

Li+在电解液中是以溶剂化的形态存在，当在SEI膜中迁移时，首先发生的是去溶剂化过程，然后Li+在SEI膜中迁移[4](图2)，SEI膜是Li+到达电极表面经过的最后介质，因此SEI膜的形貌直接影响锂在电极表面电化学沉淀的形貌。……