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發布時間：2020.03.16
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? 金屬鋰是一種銀白色的金屬，具有質地輕，延展性好，導電性強等優點，它的電化學性質非常活潑，電極電位為-3.045V，理論比容量高達3860mAh g-1，是目前發現的質量比能量最大的金屬之一。但是，金屬鋰直接作為電池負極材料依然存在很多問題。例如：金屬鋰非常活潑，會與空氣或水發生反應導致電池的組裝困難；充電時，沉積的鋰會與電解液發生反應而無法繼續參加循環，導致庫倫效率低；由于金屬鋰表面形態的不均勻，導致表面電荷分布不均勻，枝晶的產生會刺穿隔膜造成電池短路，引發安全隱患。
直接對金屬鋰負極進行改性是提高金屬鋰電池性能最直接也是最有效的方法。改性后的金屬鋰負極可以不經過任何附加的電化學過程直接應用于Li-S電池和Li-O2電池中。到目前為止，針對金屬鋰負極的改性方法主要有三種：（1）金屬鋰電極表面包覆改性；（2）采用復合金屬鋰電極；（3）金屬鋰合金電極以及金屬鋰粉末經鳳谷多功能鋰電材料燒結窯燒結后的電極。
金屬鋰粉末電極是目前新形態鋰負極中研究較多的一種電極。鋰粉的常用制備方法為滴液乳化技術（DET）：將金屬鋰（熔點：180.54℃）置于245℃硅油中熔融，以25000-30000rpm速度進行分散均勻，冷卻至室溫，將鋰粉過濾后，使用環乙烯、己烷等有機溶劑多次清洗后，即可制得直徑約為10-40μm的鋰粉（比表面積約是鋰片的５倍）。
增大金屬鋰電極的表面積可以抑制鋰枝晶的生長。由于粉末具有較大的比表面積，若采用粉末鋰電極可以降低電流密度，減小電極極化。
Kwon等將金屬鋰熔融之后與熱硅油混合成乳濁液，冷卻后析出固態鋰粉末，將篩選出的粒徑為20~40μm的鋰顆粒與粘結劑PVDF混合制備出金屬鋰粉末電極。這種方法制備的電極在大電流充放電和低溫下的循環性能都得到明顯改進。Yoon等則分別在金屬鋰粉末電極的表面包覆LiF和蠟層，減小了電極的電阻提高了電極的穩定性，從而提高了金屬鋰的循環性能。
上述相關的課題組還報道了用微乳液法制備金屬鋰粉末電極的研究方法，制備出的粉末鋰如圖所示。在不同的電流密度下對循環前后的粉末鋰負極進行觀察，發現其能夠保持良好的原始形貌，且枝晶的形成得到了明顯的抑制。
利用微乳液法制備出的金屬鋰粉末電極的SEM圖
Heine等研究者對比了包覆的鋰粉末制備的粉末電極（CLiP）與鋰金屬箔電極的性能，認為鋰粉末電極具有兩大優勢，一方面粉末電極具有更大的電化學活性表面積，局部電流密度減小，可以抑制鋰枝晶的產生，另一方面，鋰粉末電極可以更加精確地控制鋰在電極上的載量，提高鋰電池的能量密度。研究發現鋰粉末電極對循環穩定性、庫倫效率、鋰沉積/溶解的極化和電極形貌等方面均有明顯的改善作用。
Jin-Suk Kim等通過SEM觀察鋰粉電極的溶解-沉積表面行為。對于使用普通鋰箔的電池，鋰的溶解-沉積僅在鋰箔表面發生，在多次充放電后，鋰枝晶產生并不斷積累。然而使用鋰粉的電池，鋰的溶解-沉積行為在整個鋰電極發生，并有效抑制了鋰枝晶的集聚，多次充放電后鋰粉電極形態變化不大。
M.S.Park等在Li-MnO2中分別使用鋰粉（平均直徑20μm）和鋰箔作為負極。與使用鋰箔的電池相比，使用鋰粉的電池比容量更高、內部阻抗更小、脈沖性能更加優異。通過BET測試發現，由于鋰粉比表面積更大，有著較大的反應面積，可有效減弱放電電流密度，因此在大電流放電下，該種電池有著較好的應用前景。
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