Nat. Rev. Mater. 超级综述：从腐蚀角度认识二次电池电解液中锂电极的钝化

可充电锂金属电池目前受到安全问题、电解液持续分解和锂快速消耗的限制，这些问题主要与锂金属-电解液界面反应有关。钝化膜（即SEI）的形成决定了离子扩散以及锂金属电极在循环过程中的结构和形态演变。

为了构建一种理想的钝化膜，需要深入了解膜的成分、结构、形貌和拓扑结构与其在电池单元中的基本功能和运行之间的关系。

图1. 锂金属电极的降解反应

为此，德国乌尔姆亥姆霍兹研究所（HIU）Stefano Passerini、Arnulf Latz及美国劳伦斯伯克利国家实验室Robert Kostecki等人从腐蚀科学的角度对锂电极-电解液界面反应进行了深入研究，参考了金属上腐蚀和钝化现象的一般概念，并重新审查了相应的成熟电化学理论和模型。

通过讨论（可逆的）Li⁺ 在瞬间形成的SEI上的转移机制，在腐蚀科学和电池电化学之间建立一座桥梁。将其与以材料科学为导向的方法结合起来，以实现精心设计的钝化层或人工夹层，这些钝化层或人工夹层可以在原位（即在电池中）或非原位（即在电池组装前）获得，它们可以抑制连续的电解质分解和锂消耗。

最后，作者提供了一份理想的钝化层的指南，并确定了可能导致在商业电池中部署金属锂负极的研究方向。

图2. 决定金属-电解液界面和相间的参数

作者认为，未来合适的金属锂表面的腐蚀保护层需要注意以下问题：

1）界面相必须是电子和电解液的“真正”绝缘体；

2）中间相必须具有高的Li⁺ 导电性，以允许足够快的和均匀的Li传输和Li⁺ 去溶剂化动力学；

3）应有足够高的灵活性以承受体积变化，以及高的机械稳定性以避免断裂导致进一步的锂腐蚀；

4）锂金属电极目前的局限性可以通过自发形成的锂腐蚀保护层来解决，例如通过调整电解质成分和/或锂金属表面；

5）除了安全性之外，CE和过电位是商业电池中应用金属锂负极的决定性参数，决定了电池中的锂和电解液的数量，以便在长期循环时达到一定的容量保持。

图3. 锂金属电池商业应用的相关参数

The passivity of lithium electrodes in liquid electrolytes for secondary batteries, Nature Reviews Materials 2021. DOI: 10.1038/s41578-021-00345-5