杨 杰，王 凯，徐亚楠，王克俭，马衍伟

(1 中国科学院电工研究所，北京 100190；2 北京化工大学 机电工程学院，北京 100029)

在当前所有的能量转换和存储系统中，锂二次电池是最为高效便捷的储能器件，已广泛应用在消费电子、航空航天、电动汽车和国防安全等领域。随着科技的发展，新型电子器件/装置对电池的长续航能力、高安全性等有着越来越高的要求。1991年，索尼公司开发出以炭材料为负极、含锂化合物为正极的锂离子电池，实现了锂离子电池的商业化，其能量密度为80 Wh/kg；而当前锂离子电池的能量密度已达到200～300 Wh/kg。目前，世界各国都在开发能量密度达到400～500 Wh/kg的二次电池，以满足日益提升的能量密度需求。提升电池能量密度主要在于提升正、负极材料的比容量和正负极的电势差。金属锂由于其高理论比容量(3860 mAh/g，比石墨负极高10倍)、低电势(-3.040 Vvs标准氢电极)和低密度(0.59 g/cm3)，被认为是理想的高能量密度锂电池负极材料[1-3]。然而，在金属锂作为锂电池负极与液态有机电解质组装成金属锂电池使用时出现了一系列的问题，如金属锂极低电势导致与有机电解液发生副反应，在金属锂表面形成固态电解质界面膜(SEI)；充放电过程中锂不断溶出和沉积带来大的体积变化，造成SEI膜不稳定，电解质不断消耗；充电过程中锂离子在金属锂表面的不均匀沉积导致产生锂枝晶，锂枝晶的不断生长会逐渐刺穿隔膜造成电池短路，使得电池瞬间释放大量能量。有机液态电解质本身的可燃性加上锂枝晶短路带来的能量释放，导致金属锂电池容易引发火灾爆炸等安全事故。……