鋰金屬具有理論容量密度高(3860 mAh/g)、電化學電勢低(-3.040 V vs. SHE)等特點,是理想的高能量密度電池負極。然而鋰金屬活性高,容易與傳統電解質發生不可控的副反應,形成固態電解質界面層(SEI)的化學和機械穩定性較差:一方面,循環過程中SEI的反復破裂會加速死鋰的形成和不可逆的活性鋰/電解質損失;另一方面,溶劑誘導形成的SEI機械性能較差,不足以抑制鋰枝晶的生長,導致枝晶刺穿隔膜造成電池短路。
鋰金屬負極因其高的理論比容量(3860 mA h g-1)、低的電化學電位(-3.04 V vs. 標準氫電極)和低的密度(0.59 g cm-3),備受青睞,成為新一代頗具前景的高能量密度負極材料。實際應用中,它們仍存在尚未解決的問題:商業有機電解液在鋰金屬表面形成不穩定的固體電解質中間相(SEI),以及鋰枝晶和死鋰的生成,會持續消耗電解液,導致電池性能下降;持續生長的鋰枝晶會刺穿隔膜,導致電池發生內短路從而引起熱失控,同時傳統碳酸酯類有機電解液極易參與燃燒反應,造成嚴重的安全隱患。
便攜式智能器件與長續航動力汽車的發展對可充電的二次電池的能量密度提出了更高要求。金屬鋰電池因其高比容量(3860 mA h g-1)和較低的標準電壓而受到關注,是理想的高能量密度負極材料。然而,鋰金屬電池的實際應用仍面臨不可控的鋰離子動力學問題,如不可控的鋰沉積和溶解行為、固態電解質中間相(SEI)界面的反復生成和變形以及體積膨脹等,這會引起嚴重的鋰枝晶問題并縮短鋰金屬循環壽命。