近日，四川大學化工學院何欣特聘研究員在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(zhì)界面的反應(yīng)進行了深入研究，參考了金屬上腐蝕和鈍化現(xiàn)象的一般概念，并重新審查了相應(yīng)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（3860mAh/g）和極低的氧化還原電位（相對于標準氫電極(SHE)的?3.040V），因此可以提供較高的比能（500Wh/kg）。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(tǒng)的負極。盡管鋰在液態(tài)電解質(zhì)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(yīng)該保護鋰金屬表面不與電解質(zhì)接觸；允許鋰離子（Li+）在膜上快速傳輸；抑制鋰和電解質(zhì)之間的電子轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)、形態(tài)和拓撲結(jié)構(gòu)與其在電池單元中的基本功能和操作之間的關(guān)系。

一些關(guān)于鋰金屬陽極的優(yōu)秀評論文章已經(jīng)發(fā)表，這些文章主要集中在先進的（主）結(jié)構(gòu)以及人工保護層的設(shè)計上。

基于此，四川大學化學工程學院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(zhì)界面的反應(yīng)進行了深入研究，參考了金屬上腐蝕和鈍化現(xiàn)象的一般概念，并重新審查了相應(yīng)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(zhì)中觀察到的表面現(xiàn)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(zhuǎn)移，通常被稱為固體電解質(zhì)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(jié)合起來，以實現(xiàn)精心設(shè)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(zhì)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(yīng)用的相關(guān)參數(shù)

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(zhì)，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(zhì)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(yīng)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(xiàn)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(diào)整電解質(zhì)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(yīng)用金屬鋰負極的決定性參數(shù)是CE和過電位，它們決定了電池中的鋰和電解質(zhì)的數(shù)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