對下一代能源存儲系統(tǒng)的需求日益增長，高性能鋰電池的發(fā)展勢在必行。不幸的是，由于固體電解質(zhì)界面和孤立Li (i-Li)的不斷產(chǎn)生，目前的Li負(fù)極表現(xiàn)出快速的容量衰減和短的循環(huán)壽命。在大多數(shù)測試條件下，鋰枝晶非均勻溶解過程中i-Li的形成，導(dǎo)致了鋰電池的大量容量損失。由于i-Li失去了與電流集電極的電連接，因此，被認(rèn)為在電池中電化學(xué)不活躍或“死亡”。在此，來自美國斯坦福大學(xué)的崔屹等研究者分析表明，由于i-Li對電解液中電場的動態(tài)極化，它對電池運(yùn)行具有高度的響應(yīng)，與此前以上普遍接受的假設(shè)相矛盾。相關(guān)論文以題為“Dynamic spatial progression of isolated lithium during battery operations”于2021年12月22日發(fā)表在Nature上。孤立鋰(i-Li)，由于金屬鋰失去與電流集電極的電連接，通常被認(rèn)為是電池的電化學(xué)不活躍或死亡。人們已普遍關(guān)注到，通過優(yōu)化電解質(zhì)化學(xué)、界面性質(zhì)和電極結(jié)構(gòu)，可以來抑制其形成的策略。雖然從工程角度來看已經(jīng)取得了實質(zhì)性的改進(jìn)，但i-Li的形成和積累，仍然是大多數(shù)鋰電池容量損失的主要原因。研究者注意到，鋰電池的產(chǎn)生及其有害后果，并不僅限于鋰電池。鋰離子電池中的石墨陽極在快速充電和過充電時也會形成i-Li。在此，研究者想要知道：i-Li是否能夠?qū)﹄娀瘜W(xué)過程做出響應(yīng)，或者它是否真的像人們普遍認(rèn)為的那樣“死亡”？在典型的鋰基電池中，電解液中的鋰鹽分解成正離子和負(fù)離子，在電池運(yùn)行過程中在電極之間攜帶離子電流。這些離子電流會在電解液中產(chǎn)生電勢梯度(??l)。雖然i-Li失去了與電流集電極的電連接，但它暴露在電解液中的電場中。結(jié)果，i-Li上的電荷分布將被改變，從而屏蔽外部電場，即i-Li的極化(圖1)。積累的正負(fù)電荷，將破壞i-Li/電解質(zhì)界面的平衡狀態(tài)，并在i-Li上引起電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)。這種響應(yīng)的驅(qū)動力是界面間的電位差(或過電位差η)，可以描述為：其中?Li、?l、Eeq分別代表Li的電勢(常數(shù))、局部電解質(zhì)電勢和Li沉積/溶解反應(yīng)的平衡電勢。
