锂金属因其高比容量和低电极电势，被视为下一代高比能量电池体系中极具潜力的负极材料。然而，锂金属的高活性使其在循环过程中容易产生枝晶，这些枝晶会破坏SEI层，增加电极与电解液的接触面积，从而加剧副反应。此外，脱落的枝晶形成死锂，降低电池的充放电库仑效率。更严重的是，不可控的锂枝晶生长可能刺穿隔膜，引发电池短路和热失控等安全问题。
锂金属因其高比容量和低电极电势，被广泛认为是高比能量电池体系中极具潜力的负极材料。然而，锂金属的高反应活性导致其在循环过程中容易与有机电解液反应，生成无机和有机产物，如Li2CO3、LiOH等。这些反应不仅降低锂金属和电解液的利用率，还可能引发气体产生，增加电池的安全隐患。此外，锂金属的高活性和其表面SEI的锂离子扩散能垒较高，会促进锂枝晶的形成。锂枝晶的生长引发一系列问题，包括锂的无限体积膨胀、死锂的产生、SEI破裂和副反应增加、极化电压增大以及电池短路等。这些问题使得锂金属电池的循环稳定性和安全性受到严重挑战，需要不断探索新的策略以解决这些问题。
为了深入理解锂枝晶的生长行为，研究者们提出了几种不同的锂枝晶生长模型。这些模型包括表面成核生长模型、电荷诱导生长模型、SEI扩散控制模型和沉积-溶解模型等。下面将对这些模型进行简要介绍。
该模型认为，锂金属在充放电过程中容易产生大量的枝晶，而镁金属则不易产生枝晶。这主要是因为镁原子之间的Mg－Mg键结合相对于Li－Li能更大，使得镁更倾向于形成三维或二维的结构。此外，镁在(0001)界面相对于Li和Na在(001)界面具有更快的表面自扩散系数，从而形成了镁金属表面的无枝晶形貌。这些研究表明，表面能和扩散系数是影响锂枝晶生长的重要因素。联系电话：19921272900
该模型认为，锂离子的不均匀沉积容易导致锂表面形成突起锂核。由于*效应，锂核*容易聚集大量的电子，从而具有更高的局部电场。这种局部更高的电场强度容易吸引更多的Li+聚集沉积生长成锂枝晶。通过添加阳离子对突起锂核形成静电屏蔽作用，可以抑制锂的*生长。官网：yuanjuxing.com
该模型认为，在锂金属电池充电过程中，Li+从正极脱出，然后通过电解液中离子扩散，在负极锂表面得到电子还原成为单质Li。SEI作为锂负极表面重要的组成部分，影响着阳离子迁移数，即控制着过渡时间。不稳定SEI会加剧锂离子消耗，促使表面微区Li+更快消耗完而进一步缩短过渡时间，从而引发枝晶生长。
该模型主要从热动力学角度来解释死锂以及表面颗粒状堆积锂产生的过程和原由。在锂金属电池充电过程中，锂负极表面锂沉积的主要过程包括Li+迁移通过SEI薄膜沉积为锂金属、锂的连续不均匀沉积、SEI薄膜层在锂生长应力的作用下破损、弯折的晶须锂在结点处发生断裂和溶解等。这些过程最终导致颗粒状锂和死锂的产生。
除以上介绍的主要枝晶生长模型之外，还有相场模型、异相成核模型和空间电荷模型等。基于对枝晶生长模型的深入了解，研究者们可以进一步探索出解决锂枝晶生长问题的策略，以促进高比能量锂金属电池的应用。
锂金属负极目前仍处于研究阶段。在液态和固态体系中，都需要进一步探索锂沉积行为机理、稳定的SEI和界面组分，开发更先进的储锂基体骨架和电解质体系，以推进锂金属电池的实际应用。未来研究应着重于提高锂金属电池在真实应用条件下的性能和安全性，推动其从实验室走向市场。
