张洪涛, 张泽森

(1.湖北工业大学纳米电子技术与微系统实验室，武汉，430068; 2.湖北工业大学电气与电子工程学院，武汉，430068;3.武汉楚能电子有限公司，武汉，430068)

1 前言

硫锂电池的能量密度达到2600Wh/kg, 与其它锂二次电池相比，如磷酸铁锂-碳电池、钛酸锂-碳电池和聚合物-碳电池，在能量密度和功率密度方面具有明显的优势，是下一代锂二次电池，可以广泛用于电动汽车和储能领域。然而，尽管采用硫与碳混合烧制成复合正极，可以大大提升其电池寿命[1]，但锂金属作为负极，其产生锂枝晶导致正负极短路引起的安全性一直是人们关心的问题。到目前为止，尚未见到对这一问题的深入讨论。磷酸铁锂-石墨二次电池中作为负极活性材料，石墨所嵌入的锂离子的含量超过了它所承受的范围，多余的锂离子就会和负极中穿梭而来的电子结合，在碳负极表面上开始沉积(deposition)。而对于要形成锂枝晶，一个必要的条件就是，负极的表面是不平整的(roughness)，锂沉积在隔膜和负极的接触部位，生长的方向是沿着从负极→隔膜的走向，因此反应发生的位置是在负极与电解液的界面上[2]。同理，Yamaki 等人认为在负极表面SEI膜下应力分布不均产生锂枝晶生长[3,4]。本文以其锂离子与金属锂原子于电解液中离子化与原子化的相互转换的微观电化学机理讨论这个问题。感谢锂离子电池的发明者，这个问题的解决，可以带活一大批类硫锂二次电池，从而可能抛弃现有磷酸铁锂(或三元锂材料)-碳二次电池电池、铅酸蓄二次电池等制备工艺产生的环境污染并改善能源结构、提升能源效率，推动电动汽车和清洁能源技术的发展。……