1976年，WHITTINGHAM（諾獎得主哦！別只知道“足夠好”老爺子，丟不丟銀！）在Science上發(fā)表文章，證明了TiS2中可以進(jìn)行電化學(xué)嵌鋰，因?yàn)橛玫呢?fù)極是金屬鋰，所以他成為了鋰金屬電池的開山祖師，目前文章已經(jīng)被引用1325次。但是當(dāng)時(shí)因?yàn)殇囍?，?dǎo)致電池起火，限于當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件，沒有深入研究。之后大量的工作投入到鋰離子電池中，發(fā)展到現(xiàn)在鋰離子電池技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是人們依然不滿足，想擁有更高能量密度的電池。近十年來，又有人將目光轉(zhuǎn)向了鋰金屬電池，希望能夠獲得更高的能量密度，但是幾十年前的枝晶問題一直存在。近十年，穩(wěn)定金屬鋰負(fù)極的文章數(shù)不勝數(shù)，但是如何從根本上解釋鋰枝晶形成的原因呢？
Science雜志在10月25日刊登西北太平洋國家實(shí)驗(yàn)室Jie Xiao的觀點(diǎn)性文章“How lithium dendrites form in liquid batteries”，文中對液態(tài)電解質(zhì)中的離子遷移和沉積行為對枝晶的影響做了生動的描述，輕松易讀，但是道理深刻，細(xì)細(xì)想來，以前的負(fù)極保護(hù)策略確實(shí)暗暗隱藏著本文的所提到的原理，真是萬變不離其宗。接下來我們就來看看根源到底是啥子樣子滴！
先來考考你，離子為什么能運(yùn)動呢？（想3秒鐘，再往下看，想不起來就別看了，回去讀讀書吧！哈哈哈）
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首先，離子會自發(fā)地從高濃度向低濃度移動；其次，離子帶電荷，會受到電勢差引起的電場力作用。此外，諸如攪拌等外力作用，可以造成“帶電物質(zhì)”作為整體發(fā)生移動。因此，離子的移動有三種驅(qū)動力：濃度差，電勢差，外力。
與之相對應(yīng)，將產(chǎn)生三種移動方式：擴(kuò)散，遷移，對流。
我們知道鋰枝晶的形狀是因?yàn)殇嚨牟痪鶆虺练e，那么為啥能不均勻沉積呢，那就涉及到電解液中離子的濃度分布以及離子的運(yùn)動行為了。
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首先來看自然對流，雖然電解液里的環(huán)境相對穩(wěn)定，沒有外力作用，但是自然對流是不可避免不可預(yù)測的，這就會對離子的運(yùn)動產(chǎn)生影響，結(jié)果是有的離子跑得快，有的跑得慢，跑得快的就先沉積了，跑得慢的后沉積，變成了枝晶（圖1），這種情況隨著時(shí)間增長愈演愈烈，最后造成短路。嘣的一聲，炸了。
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接下來是擴(kuò)散，假設(shè)離子的電化學(xué)沉積速率不是很快，并且在整個(gè)電極上保持不變，并且在電極和液體電解質(zhì)之間沒有形成界面層，那么離子在電極表面的緩慢移動會使?jié)舛忍荻雀佣盖停〝U(kuò)散速度慢），因?yàn)殡x子在沉積后沒有立即完全補(bǔ)充。鋰枝晶就像一只手，必須要伸到電解質(zhì)中，那里有更多的離子可抓。同時(shí)手上的電流密度最大，這個(gè)循環(huán)使手不斷地伸長，直到抓到正極（圖2）。最后造成短路。嘣的一聲，炸了。
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然后又有大哥要說了，離子擴(kuò)散快一點(diǎn)不就行了嗎？我跑得快了，鋰枝晶就追不上我！
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當(dāng)離子跑得快，沉積的形狀是大鼓包，這些大鼓包懷揣著更多的電子，成為了新的集流體，不斷地給電子與離子的相親，相一個(gè)成一個(gè)，于是枝晶又長出來了（圖3）。當(dāng)相親太頻繁(高電流密度)，鋰離子的電化學(xué)還原或消耗速度大大加快。因此，鋰離子補(bǔ)充跟不上消耗的速度。強(qiáng)濃度梯度很容易在整個(gè)電極上形成，再次形成“抓手”慢慢伸長。最后還是，嘣的一聲，炸了（小可愛，你肯定想到了！優(yōu)秀?。?/span>
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了解了枝晶的產(chǎn)生原理，接下來，讓我們來回憶一下有哪些防止鋰枝晶的方法呢？這就得看你平時(shí)的積累了，快想3秒鐘。
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又是3秒鐘過去了，你（腦子轉(zhuǎn)的）真快。
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增加電解液濃度，這能夠緩解界面處鋰離子消耗導(dǎo)致的巨大的濃度差異；
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給鋰“蓋被子”，這能夠促使鋰離子在鋰表面均勻分布；
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施加外加電場，擾動離子，讓離子在電解液體相中均勻分布；
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來個(gè)負(fù)極的主體（host，崔屹大神的拿手好戲），增大面積，減小電流密度，減小濃度差，給離子擴(kuò)散爭取時(shí)間；
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還有那個(gè)啥來著？各位哥哥嫂嫂，你們來補(bǔ)充一下吧。
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文獻(xiàn)鏈接：https://science.sciencemag.org/content/366/6464/426
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