张世超，沈泽宇，陆盈盈

浙江大学化学工程与生物工程学院，杭州 310027

1 引言

近年来，锂离子电池由于具备能量密度高、循环寿命长、无记忆效应和安全性较好等优点，已在便携式电子产品和电动汽车中得到了广泛应用，对现代社会产生了深远的影响1-3。然而，电池安全问题逐渐受到广泛关注，笔记本电脑和手机中锂离子电池爆炸事故时有发生4，以及多起新能源汽车起火事故，严重阻碍了它们的进一步实际应用5。目前，使用石墨负极的锂离子电池的比能约为260 Wh·kg-1，接近理论能量密度极限6，而电动汽车及储能市场迫切需要更高的比能量(≥ 500 Wh·kg−1)并扩展行驶距离(≥ 500 km)7-9。金属锂理论容量高达3860 mAh·g−1，具有最低的还原电位(−3.04 V，相对标准氢电极(SHE))以及较小的密度(0.53 g·cm−3)，是未来锂电池负极材料的最终选择10,11。使用金属锂作为负极的金属锂电池理论比能极高，如锂氧电池和锂硫电池的比能分别高达3582和2567 Wh·kg−1，发展潜力巨大12-14。

遗憾的是，相比于锂离子电池，金属锂电池面临着更为严峻的安全问题。除了非水系电池体系常见安全问题外(如电解质的高度可燃性、隔膜材料的热收缩性、液态电解质易泄漏等)，不可控的锂金属沉积/剥离更使安全风险激增。具体来说，金属锂的反应活性极高，与电解质副反应加剧，形成异质固态电解质界面膜(SEI)，复杂化界面过程，导致枝晶状锂沉积；金属锂固有的体积效应使得SEI容易破裂，无法阻止电解质的侵蚀，导致SEI或死锂的堆积与电极的粉化，带来了不可逆的容量损失、库伦效率(CE)降低和电解质消耗等一系列问题15。……