哈工大Cell子刊：抑制无机固态电解质中的锂枝晶

锂金属负极具有高比容量和最小还原电位，被称为下一代高能密度电池的理想选择

。然而，锂枝晶失控带来的清静问题阻碍了其生长

。将锂金属负极与不易燃固体电解质（SSEs）相团结，有望为解决锂枝晶问题和实现清静的锂金属电池提供新途径

。然而，具有高机械强度的无机固体电解质只管在理论上可以抑制锂枝晶生长，但最近研究批注，锂枝晶仍然保存无机固体电解质内部，严重阻碍了固态金属锂电池的现实应用

。

无机固态电解质中的锂枝晶的爆发缘故原由

与易燃液体电解液相比，不可燃的固体电解质（SSEs）不但可以解决由于热稳固性缺乏和锂枝晶所带来的清静问题，并且还具有更好的电化学稳固性

。其中，具有高离子电导率和高剪切模量的无机SSEs在理论上可以抑制锂枝晶的生长，最有希望实现全固态锂金属电池的商业应用

。然而，随着表征手艺的生长，发明在无机SSEs的内部中仍然保存锂枝晶，这些锂枝晶在SSEs内逐渐生长并穿透整个SSEs，最终导致短路和电池失效

。随着研究职员对无机SSEs内部的锂枝晶生长的的研究一直深入，无机SSEs中锂枝晶的生长主要缘故原由逐渐被展现，主要可以归纳综合为以下四个方面：

（1）孔洞和孔隙等宏观缺陷为无机SSEs中锂枝晶的生长提供初始成核位点，一旦保存孔洞和孔隙，锂枝晶的生长将填满所有的逍遥和孔隙，然后穿透整个SSEs，导致电池短路；

（2）裂纹和晶界是增进锂枝晶在无机SSEs中生长的另外一个缘故原由，无论是单晶照旧多晶，锂枝晶都很容易在晶界和裂纹处成核，并沿着晶界和裂纹生长和渗透，最终导致电池短路；

（3）SSEs中的高局部电导率会降低了金属锂的电化学势，为无机SSEs内部中Li+直接还原为Li金属提供了电子途径，诱导金属锂在SSEs内部直接成核生长；

（4）SSEs中锂枝晶的形成还与临界电流密度(CCD)等物理性子有关，由于无机SSEs的CCD比有机电解质更小，尤其是在高电流密度下，锂枝晶更容易在无机SSEs中形成

。

图1 无机SSEs中锂枝晶生长的主要缘故原由

固态电解质中锂枝晶生长的  先进表征手艺和理论模子

与使用液体电解质的电池差别，锂枝晶的初始生长既可以爆发在Li/SSEs界面上，也可以爆发在SSEs内部

。团结先进的表征手艺（冷冻电镜、原位谱学和电化学手艺等）和理论模子，有助于进一步剖析和剖析固态电解质中锂枝晶形成的主要缘故原由

。固态电解质中锂枝晶的生长受多方面因素综合控制，锂枝晶首先在孔洞、孔隙、裂纹和晶界等初始缺陷处成核，接着高的局部电子电导率和低临界电流密度为SSEs内部锂枝晶的生长提供了驱动力，最后锂枝晶会沿着裂纹和晶界进一步生长和渗透，并穿透整个SSEs，导致电池短路

。

图2 先进的表征手艺剖析固态电解质锂枝晶生长的主要缘故原由

抑制固态电解质中锂枝晶生长的战略

针对上述SSEs中锂枝晶爆发的缘故原由，响应的抑制战略逐渐被提出，主要包括:

（1）提高SSEs的相对密度来镌汰孔洞和孔隙

（2）晶界修饰抑制锂枝晶在晶界成核

（3）消除裂痕和缺陷抑制锂枝晶渗透

（4）提高SSEs的临界电流密度

（5）降低电子电导率来抑制锂枝晶在SSEs内部直接成核

（6）自修复等其他战略

图3 抑制固态电解质中锂枝晶的要领

展望

虽然近年来抑制SSEs中锂枝晶生长的研究取得了很大的希望，但至今仍没有一种周全的战略可以完全抑制SSEs中锂枝晶生长

。

因此，在未来研究中需要更准确的理论盘算和原位表征剖析手艺来实时监测SSEs中锂枝晶生长，进一步深化SSEs中锂枝晶生长的基础机理研究以及构建团结多种因素的多维混淆模子有助于更周全剖析SSEs中锂枝晶生长的缘故原由

。别的，构建有机和无机复合SSEs，使用有机、无机电极质的协同作用，有望高效抑制SSEs中锂枝晶的生长，推动全固态锂金属电池的商业化历程

。

文章泉源：能源学人

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