中国粉体网讯 锂金属负极具有极高的理论比容量（3860mAh/g）和最低的氧化还原电势（-3.04Vv.标准氢电极），被认为是下一代高能量密度电池的理想负极材料。然而，锂金属负极在充放电循环过程中存在锂枝晶生长严重、固态电解质界面不稳定、电极体积变化巨大等问题，导致锂金属电池容量衰减快、循环寿命短、库效率低和安全性能差等，严重限制其实际应用。
锂枝晶生长
与许多金属相似，锂离子在尖端效应的作用下倾向于以树枝状形式沉积，形成不规则的锂枝晶，根据形貌可分为针状、苔状和树枝状枝晶。锂枝晶不仅会导致电池循环性能差，而且可能刺穿隔膜接触正极导致电池短路，存在热失控的风险和爆燃等严重安全问题。另外，锂枝晶不仅具有更大的比表面积，还会破坏SEI膜，加剧了活性锂与电解液的副反应。锂枝晶断裂时还会从基体上脱离而产生孤立的“死锂”，从而导致锂金属电池的容量和库仑效率衰减。
不稳定的固态电解质界面（SEI）
锂是一种非常活泼的金属，它极易失去外层电子形成锂离子。几乎所有电解质，包括固态电解质，一旦与锂接触就会发生反应，产生的各种还原产物在表面形成固态电解质界面（SEI）膜其主要成分包括Li2O、LiF、Li2CO3等无机物以及 ROCO2Li、ROLi（R是与溶剂有关的有机基团）等有机物。锂金属负极的SEI膜应具有电子绝缘性、高离子电导率以及较高的机械强度，但锂金属负极表面原位形成的SEI膜通常机械稳定性和化学稳定性较差，无法阻止锂枝晶生长而是会被锂枝晶刺穿，而活性锂会重新暴露在电解液中与电解液发生副反应，使得SEI膜反复断裂和再生导致活性锂和电解液被持续消耗，就会使电池的库仑效率降低和循环寿命缩短。
巨大的相对体积变化
与石墨不同，锂金属在重复嵌锂/脱锂循环过程是锂离子在金属锂表面的沉积和溶解，由于缺少宿主基体的限制，在充放电过程中会发生无限的相对体积变化，远高于石墨负极大约10%的体积膨胀，也高于硅负极400%左右的体积膨胀。随着循环的不断进行，金属锂由于锂沉积的不均匀性变得疏松多孔，表面积大大增加，导致金属锂负极体积膨胀更加剧烈，同时加剧了锂负极的不稳定性和锂枝晶的生长。
为了解决以上问题，可以采用设计高稳定性的液态或固态电解质，添加人工保护层及构筑复合锂负极等方法。特别是将锂金属与三维骨架进行复合，可以降低负极的局部电流密度，引导金属锂的均匀可逆沉积，从而成为解决金属锂电池循环寿命挑战的重要方案。
针对固态电池相关的技术、材料、市场及产业等方面的问题，中国粉体网将于2025年3月18-19日在安徽·蚌埠举办2025全固态电池技术交流大会暨第一届干法电极技术研讨会。为致力于固态电池技术开发的企业，科研院校，以及新能源汽车、储能、消费电子等终端企业提供信息交流的平台，开展产、学、研合作，助推固态电池产业化发展。届时，广东工业大学电池研究所所长施志聪教授将作题为《金属锂复合负极的构筑和保护》的报告。
专家简介：
施志聪，广东工业大学“百人计划”特聘教授，博士生导师，电池研究所所长。担任中国硅酸盐学会固态离子学分会理事，中国化学与物理电源技术协会专家委员会委员，中国储能与动力电池及其材料专业委员会委员。专注于锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、固态电池的应用基础研究，承担国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划“新能源汽车”专项、广东省科技厅产学研合作“新能源汽车”重大专项等项目20多项。发表学术论文130余篇，获得授权中国发明专利28个，培养博士后和研究生50多人。
参考来源：
黄龙.锂金属负极的结构设计及其电化学性能研究
李凌萱等.复合金属锂负极的定量模型新进展
（中国粉体网编辑整理/苏简）
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