刘洋洋，王旭阳，徐谢宇，王永静，熊仕昭，宋忠孝

（西安交通大学，金属材料强度国家重点实验室，陕西西安 710049）

随着基于物联网和智慧城市的现代社会的蓬勃发展，移动电子终端以及电动汽车等应用场景对储能器件能量密度的要求与日俱增[1]。经过几十年的发展，以石墨为负极匹配氧化物正极的锂离子电池广泛应用于现代生活的各个领域。然而，石墨负极材料的理论容量密度为372 mA·h/g，且嵌锂电位较高。为了进一步提高锂电池的能量密度，亟待开发新兴的具有更高比容量的负极材料。金属锂因其具有超高的理论比容量密度(3860 mA·h/g)、低还原电位(-3.04 V，相对标准氢电极)和较低的密度(0.53 g/cm3)而被研究者认为是提高锂电池能量密度的“圣杯”负极材料[2-3]。其中，金属锂与过渡族金属氧化物正极材料匹配组成的锂电池，其理论能量密度可达440 W·h/kg[4]。与其他新型高比能正极材料，如硫正极和氧气正极匹配，所组成锂硫电池和锂氧电池的理论能量密度高达650 W·h/kg 和950 W·h/kg(图1)[5]。所以，使用金属锂作为负极材料的锂金属电池有望突破现阶段锂离子电池的能量密度瓶颈，显著提升移动电子终端和电动汽车等应用场景下的续航时间[6]。

然而，金属锂作为负极材料应用于高能量密度锂电池中仍然存在循环性能差、潜在安全风险等巨大挑战[7]，这是由于不可控的锂枝晶生长和金属锂对电解质极高的反应性会造成电极界面在循环中的不稳定。首先，锂枝晶的不可控生长会刺穿隔膜与正极接触，从而引发电池内部短路，导致电池热失控而引发着火、产气甚至爆炸等严重安全问题[8]。……