厦大杨勇Nature子刊：锂金属电池中一个被忽视的非活性锂的形成途径

与液态电解液发生副反应而形成的非活性锂导致了锂金属电池的失效。为了抑制非活性锂的形成和增长，需要进一步了解非活性锂的形成机制和组成。

图1. 使用1M LiPF₆/EC:EMC电解液的Cu||LiFePO₄电池中LiH和气体物种的演化

厦门大学杨勇等以碳酸乙烯酯为例，研究了产气反应对非活性锂的形成的影响。碳酸乙烯酯是一种常见的电解液成分，可与石墨基负极一起使用，但与锂金属负极不兼容。

这项工作首先采用原位质谱法（OMS）将LiH的演变与气体的形成联系起来，并表明乙烯是整个循环过程中持续形成的主要气体种类。

然后，采用同位素标记的质谱滴定（MST）技术，作者证明乙烯和锂金属可以反应形成电化学上不活跃的物种LiH和Li₂C₂。这是一个未公开的LiH的形成过程，同时也揭示了Li₂C₂的形成规律。

图2. 锂金属与乙烯的自发反应

为了研究气体介导的非活性锂的形成机制，作者采用相场模拟证明了气泡的存在会改变电场的分布和界面上的离子浓度，从而导致非均匀的锂金属沉积和死锂的形成。

通过合理地设计电解液，这项工作证明抑制乙烯的形成可以进一步抑制LiH和Li₂C₂的形成。这一结论的普遍性也在石墨基负极上得到了验证。

这项研究结果突出了一个被忽视的非活性锂的形成途径，即气体诱导的非活性锂，这在电池研究中很少被讨论，也缺乏全面的调查。

作者相信这项工作将激发更多新的研究，以探索气体对锂和其他碱性金属基电池（如可充钠电池）的循环性能的影响。

图3. 通过电解液优化抑制LiH和Li₂C₂

Gas induced formation of inactive Li in rechargeable lithium metal batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-022-35779-0

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