刘冬冬，陈超，熊训辉

华南理工大学环境与能源学院，广州 510006

1 引言

首款商用锂离子电池(lithium-ion batteries，LIBs)于上世纪90年代初面世，与镍镉电池相比较，锂离子电池在提供相同电量的情况下，具有体积更小，质量更轻的优势1，在能源行业取得了巨大的成功。目前，商业用的锂离子电池主要以石墨为负极，理论容量为372 mAh·g−1，其实际能量密度也随着电池行业的发展逐渐趋近于理论极限值2,3。然而，随着电子产品和电动汽车的快速发展和普及，传统石墨负极在比容量和能量密度方面已经不能满足日益增长的社会需求4-6，因此发展更高效的锂电池成为研究热点。

从铅酸电池到镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池，这些商用电池能量密度的增加速度过于缓慢。能量密度是指单位质量或单位体积所能提供的电能总量7。金属锂不仅具有极高的理论比容量(3860 mAh·g−1)和低电极电位(−3.04 Vvs.标准氢电极)，还是自然界中密度最小的金属(0.534 g·cm−3)8,9。这些优势促进了金属锂用于高能量密度电池的研究设计，即锂金属电池(lithium metal batteries，LMBs)。其中，以锂硫电池和锂空电池为代表的LMBs，其理论能量密度分别高达2567和3505 Wh·kg−110,11，因此金属锂被认为是下一代最具有竞争力的负极材料。

2 锂金属负极存在的主要问题及措施

尽管锂金属负极对实现高能量密度电池的应用展现出巨大潜力，但由于诸多问题尚不能实现实际应用。如图1a，其存在的问题主要包括：(1)枝晶的形成。由于不均匀的锂离子传导及尖端效应，造成锂的不均匀沉积，形成锂枝晶。……