赵辰孜，袁洪，卢洋，张强

（1 清华大学化学工程系，绿色反应工程与工艺北京市重点实验室，北京 100084；2 北京理工大学前沿交叉科学研究院，北京 100081）

不断增加的能源消耗推动了现代社会的进步。高效的能源存储系统支撑着清洁能源应用、交通运输以及电子工业的发展。基于电化学反应的储能电池涵盖了诸多应用场合。不断增加的储能需求亟需高安全性、高能量密度、高环境适应性、高可靠性的电池系统。

在诸多电池系统中，锂离子电池自20 世纪90年代被成功商业化以来，基于插层反应的锂离子电池已被广泛应用。传统锂离子电池正极以过渡金属氧化物为主，如磷酸铁锂、钴酸锂等，负极以石墨为主，通过锂离子在正负极间的嵌入和脱嵌来实现能量的存储和释放。然而，采用有机电解液作为离子导体的锂离子电池存在电解液泄漏的风险，在极端条件极易引发火灾、爆炸等安全事故。此外，有机电解液易与电极发生副反应，降低活性物质利用率；而且有机电解液电化学窗口较窄，高压下易分解，难以适配高电压正极材料，限制了电池的能量密度。因此，发展高安全性高能量密度的下一代电池迫在眉睫。

基于转化化学的金属锂负极具有极低的电极电势（-3.04Vvs.标准氢电极）和极高的理论比容量（3860mA·h/g），是传统石墨负极的10倍，将其与高电压正极匹配，有望进一步拓宽电池工作电压，提升电池系统能量密度，例如锂硫电池、锂氧电池等（图1）[1]。然而，金属锂枝晶生长、严重的界面副反应、体积变化等问题制约了金属锂电池的发展[2]。……