锂枝晶形成的热力学理解

信息来源：微算云平台，Joule

由于锂的超高理论比容量，锂金属电池作为一种极具吸引力的电能存储和转换技术正逐渐兴起。然而，长循环过程中锂枝晶的生长极大地损害了循环稳定性并引发热失控，其安全隐患阻碍了锂金属负极的应用。调节温度或热力学能可以调控锂的成核/生长行为。本文以这两个关键因素为例，强调了对锂枝晶问题的热力学理解的重要性，并通过热力学讨论了设计无枝晶锂金属负极面临的主要挑战和相应对策。

对可移动电子设备和可再生能源的需求使人们对探索具有高能量和功率密度、高效和低成本等特征的先进储能技术产生了极兴趣。锂离子电池由于其优异的电化学性能，在过去几十年里得到了广泛的应用。但是以插层动力学为基础的商用石墨负极锂离子电池（260Wh kg-1）逐渐无法满足人类社会日益增长的需求。

在各种金属材料中，锂金属具有超高的理论比容量（3860mAh g-1）以及最低的还原电势,并可以构建更高能量密度的锂氧电池和锂硫电池,因此开发锂金属电池备受关注。但是，锂金属电池会不可避免地生成锂枝晶，枝晶在循环中会分解并产生所谓的“死锂”，导致容量不可逆损失，循环库伦效率低以及电解液不断被消耗和降解。最致命的问题是，尖锐的枝晶极易刺穿多孔隔膜，导致内短路和热失控，引发灾难性的火灾和爆炸。