近日，beat365何欣特聘研究員在Nature Reviews Materials發(fā)表了題為“The passivity of lithium electrodes in liquid electrolytes for secondary batteries”的研究論文。該文章從一個稍微不同的角度對發(fā)生在鋰電極-液態(tài)電解質界面的反應進行了深入研究，參考了金屬上腐蝕和鈍化現象的一般概念，并重新審查了相應的、成熟的電化學理論和模型。
鋰金屬具有很高的理論比容量(3,860 mAh g?1)和極低的氧化還原電位(相對于標準氫電極(SHE)的?3.040 V)，因此可以提供較高的比能(500 Wh kg?1)。因此，早在20世紀60年代就提出并篩選了鋰金屬作為高能量密度電池系統的負極。盡管鋰在液態(tài)電解質中極為活躍，但由于表面保護膜的快速增長，它仍然相對穩(wěn)定。理想的鈍化膜必須滿足以下先決條件：它應該保護鋰金屬表面不與電解質接觸；允許鋰離子（Li+）在膜上快速傳輸；抑制鋰和電解質之間的電子轉移；防止鋰枝晶的成核和生長；并符合鋰剝離和沉積期間的鋰表面形態(tài)變化。創(chuàng)建這樣一個理想的鈍化膜需要深入了解膜的組成、結構、形態(tài)和拓撲結構與其在電池單元中的基本功能和操作之間的關系。
一些關于鋰金屬陽極的優(yōu)秀評論文章已經發(fā)表，這些文章主要集中在先進的（主）結構以及人工保護層的設計上?；诖耍?strong>beat365的何欣特聘研究員在本綜述中，從一個稍微不同的角度對發(fā)生在鋰電極-液態(tài)電解質界面的反應進行了深入研究，參考了金屬上腐蝕和鈍化現象的一般概念，并重新審查了相應的、成熟的電化學理論和模型。值得注意的是，盡管與其他金屬在水和非水電解質中觀察到的表面現象有相似之處和類似之處，但金屬鋰還沒有從腐蝕科學的角度進行徹底研究。在這里，何欣研究員通過討論（可逆的）Li+在瞬間形成的鈍化層上的轉移，通常被稱為固體電解質間相（SEI），在腐蝕科學和電池電化學之間建立一座橋梁。將這些考慮與以材料科學為導向的方法結合起來，以實現精心設計的鈍化層或人工夾層，這些鈍化層或人工夾層可以在原位（即在電池中）或非原位（即在電池組裝前）獲得，它們可以抑制連續(xù)的電解質分解和鋰消耗。文章最后，提供了一份理想的鈍化層的愿望清單，并確定了可能導致在商業(yè)電池單元中部署金屬鋰陽極的知識差距和研究方向。
鋰金屬電池商業(yè)應用的相關參數
未來，合適的金屬鋰表面的腐蝕保護層需要注意以下問題：
1.對于電子和液體電解質，界面相必須是“真正的”絕緣體。
2.必須具有高的Li離子導電性，以允許足夠快的和均勻的Li傳輸，同時在與液體電解質的界面上提供有利的Li離子脫溶動力學，以便隨后進行Li沉積和剝離。
3.應該有足夠高的靈活性，以承受體積變化，以及高的機械穩(wěn)定性，以避免斷裂，從而使新鮮的鋰暴露在電解液中，這將導致進一步的鋰腐蝕。
4.鋰金屬電極目前的局限性可以通過實現自發(fā)形成的，即腐蝕誘導的鋰腐蝕保護層來解決，該保護層可以提供所有需要的功能，例如，通過基于腐蝕、材料和電池科學家的綜合方法來調整電解質成分和/或鋰金屬表面。
5.除了安全性之外，在商業(yè)電池中應用金屬鋰負極的決定性參數是CE和過電位，它們決定了電池中的鋰和電解質的數量，以便在長期循環(huán)時達到一定的容量保持。
原文鏈接如下：
https://www.nature.com/articles/s41578-021-00345-5
來源：何欣
審核：鈕大文
編輯：高敏
2021年8月26日
