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锂金属电池是下一代高能量密度电池的重要候选者之一，其优点在于电极电位较低、理论容量高、能量密度大，但存在安全性和寿命问题。 
近日，复旦大学董晓丽、夏永姚等在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表综述文章，总结了锂金属电池中的锂金属电极的两种主要失效形式，并总结了五大类具有应用价值的锂金属电极，为未来的研究提供了思路。
文章中，作者对锂金属电极的两种典型失效形式（短路与容量衰减）进行了分析。其中：
  • 短路主要是由锂枝晶所造成的，比如，电极表面锂离子浓度不均匀等因素会导致锂枝晶生长，从而刺穿隔膜，造成短路。
  • 容量衰减则来自于锂与电解液的反应与其自身的粉化过程。锂的反应性较为活泼，会与电解液反应，消耗一定的活性锂，造成一部分电池容量损失；同时，充放电过程中锂金属的粉化（dusting）会造成阻抗的上升，耗费电池电量。
在了解这两种主要的锂金属电极失效机理后，研究人员就可以展开更具针对性的研究和设计。 
接下来，作者根据制备方法和相关应用，将目前的锂金属电极研究分为五类，并分别进行了介绍和分析。
五种锂金属负极的性能对比雷达图
其中：
  • 稳定化金属锂粉电极（stabilized lithium-metal powder anode，SLMP），可有效补偿石墨等商业负极材料的不可逆容量；
  • 稳定化锂金属电极（stabilized lithium-metal anode，SLMA），可降低锂金属的粉化过程并抑制枝晶；
  • 沉积锂金属电极（deposited lithium-metal anode，DLMA），可有效控制电极表面的电流密度，但制备过程较为繁琐复杂；
  • 复合锂金属电极（composite lithium-metal anode，CLMA），较容易形成可靠的电极结构，避免了预锂化等复杂的制备工艺；
  • 无阳极锂金属电极（anode-free lithium-metal anode，AFLMA），直接使用铜作为阳极，大大简化了电池的制备工艺。
综合来看，稳定化锂金属电极是最为有前景、实用化程度最高的一种电极；而稳定化锂金属粉末电极则是提升电池能量密度的首选。
文章还指出，当前的技术距离锂金属电极的实用化仍有一段差距。随着先进表征技术与制备工艺的发展，对锂金属电池的工作机制会研究得更加透彻，制作工艺会得到进一步的完善；在此基础上，安全且高能的锂金属电池或许有望很快推出并进入市场，引领新的能源革命。
点击“阅读原文”查看原文。
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