金属锂电池中力-电化学机制研究进展

以金属锂作为负极的金属锂电池具有极高的能量密度,有望成为下一代高比能量二次电池.然而,在充放电过程中,金属锂负极的相变转化机制、枝晶状形貌沉积特性使得电池具有巨大且极不均匀的内部体积变化.因此,相比于插层机制的锂离子电池,金属锂电池面临着锂枝晶生长、锂枝晶断裂与粉化、固体电解质(SEI)膜破裂、电解质/隔膜机械失效等更为严重的力-电化学相关问题.本文首先总结金属锂的弹性、塑性与黏性力学特性,并着重介绍了电沉积锂展现的尺寸效应,随后综述了金属锂电池环境中的力-电化学机制研究进展.针对液态电解质环境,介绍了应力驱动下的锂枝晶生长机制、界面(金属锂与SEI、负极与隔膜、金属锂与集流体)相互作用机制以及外压力调控机制.针对固态电解质环境,介绍了固-固界面接触带来的离子输运影响以及电解质体相/晶界/孔隙与金属锂之间的相互作用机制.最后,对当前金属锂电池中的力-电化学机制研究进行了总结并对未来发展方向进行了展望.