锂金属负极：固态电池的新希望？

锂金属负极：固态电池的新希望？

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中国科技网

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来源

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近年来，随着全球对高能量密度电池需求的不断增长，固态电池技术已成为新能源领域的研究热点。其中，锂金属负极因其卓越的性能表现，被视为推动固态电池技术突破的关键。

锂金属负极具有高达3,860 mAh/g的理论比容量，远超传统石墨负极的372 mAh/g，这使其成为实现高能量密度电池的理想选择。此外，锂金属负极还具有较低的电化学电位（相对于标准氢电极为-3.04 V），有助于进一步提升电池电压和能量密度。

然而，锂金属负极在实际应用中仍面临重大挑战。其中最突出的问题是在充放电过程中容易形成锂枝晶。这些枝晶不仅会穿透隔膜导致电池短路，还会引发副反应，消耗活性锂，降低电池的库仑效率和循环寿命。此外，锂金属的不稳定性也限制了其在商业化电池中的应用。

针对锂金属负极存在的问题，科研人员正在积极探索解决方案。近期，多个研究团队在这一领域取得了重要突破。

同济大学马吉伟教授团队提出了一种创新的电解液添加剂方案。他们选择辛酸亚锡（Sn(Oct)2）作为添加剂，通过原位电化学技术在铜基底上形成P区保护层。这种保护层不仅能抑制副反应，还能诱导均匀的锂沉积，显著提高了无负极锂金属电池的循环稳定性，库仑效率高达约99.1%。

华南理工大学严克友教授团队则聚焦于固态电解质界面的构建。他们首次提出用电场驱动m-Li2ZrF6转化为t-Li2ZrF6来构筑固态电解质界面的策略。实验结果显示，这种界面能够实现锂金属电池在高载量、低N/P值和超高倍率下的稳定循环，3000次循环后容量保持率仍达80%，达到同级别最高水平。

中国科学技术大学焦淑红教授团队则从电解液设计入手，开发了一种紧密离子对聚集体（CIPA）电解液。这种电解液通过介观尺度的溶剂化结构设计，实现了500 Wh kg−1锂金属软包电池的稳定循环，显著优于目前报道的文献结果。

尽管锂金属负极技术仍处于发展阶段，但其巨大的应用潜力已引起广泛关注。与传统的石墨负极相比，锂金属负极具有显著的能量密度优势。石墨负极虽然循环性能好、与电解液相容性佳，但其能量密度已接近理论极限。而锂金属负极则能为电池带来更高的能量密度，满足电动汽车、消费电子等领域对长续航、高功率的需求。

目前，锂金属负极的商业化应用仍面临成本和技术成熟度的挑战。但随着研究的不断深入，这些问题有望逐步得到解决。可以预见，锂金属负极将在未来几年内逐步实现商业化应用，推动固态电池技术的革新。

锂金属负极作为固态电池的重要发展方向，其高能量密度和低电位特性为电池性能的突破提供了可能。虽然目前仍面临枝晶生长、界面稳定性等技术难题，但通过电解液添加剂、界面保护层等创新解决方案，这些问题正在逐步得到解决。随着技术的不断进步，锂金属负极有望在未来几年内实现商业化应用，为新能源汽车、消费电子等领域带来革命性的突破。