背景信息

金属锂负极具有电位低、比容量大等优势，被认为是未来最具潜力的负极材料，是当前高比能锂电池研究的热点。金属锂在锂离子电池中主要经历还原沉积和氧化溶解过程，对应金属的电化学阴极和阳极过程。金属锂负极商业化应用的主要障碍是：锂枝晶生长、低的库伦效率和不稳定的固态电解质膜。锂负极在充放电循环的溶解沉积过程中,枝晶会不断形成和断裂,断开的枝晶变成“死锂”不再贡献容量,而刺穿隔膜的枝晶会引起电池短路甚至引发电池爆炸。锂枝晶还会增加负极的表面积,导致新暴露的锂不断与电解液反应,从而降低电池的库伦效率。另外,锂与电解液反应生成的固态电解质膜稳定性差,极易破裂使得内部新鲜锂又暴露在电解液中，持续消耗电解质，缩短电池循环寿命和降低电池的库伦效率。锂金属电池低的库伦效率可以通过增加锂的用量来解决，但锂金属在循环过程中的枝晶生长问题依然没有得到解决,因此，平稳锂的沉积、抑制锂的枝晶生长是可充电锂金属电池研究的关键问题。

案例正文

本案例以金属锂负极为研究对象，主要内容是系统分析金属锂在锂离子电池过程中的溶解/沉积过程，要求学生结合着两章内容，分析讨论金属锂应用的一系列问题，如SEI膜的形成和破裂，枝晶生长与粉化等问题，帮助学生消化巩固金属阳极过程和阴极过程这两章知识的能力，锻炼学生综合运用所学知识分析电池前沿问题的能力。本案例采用金属锂对称电池，电解液采用醚基电解液，讨论电流密度对于金属锂沉积形态的影响。主要结果如图1~2所示：