鋰離子電池因其高能量密度而被廣泛應用于現代電子設備和電動汽車中。然而，鋰金屬作為負極材料，存在一些亟待解決的問題，如鋰枝晶生長、固體電解質界面不穩定以及“死鋰”的形成。“死鋰”的形成不僅減少了可用的活性鋰，還可能引發嚴重的安全問題，如電池短路和熱失控。因此，深入研究“死鋰”的形成機制、影響因素以及抑制和恢復策略，對于提高鋰金屬電池的性能和安全性具有重要意義。

基于此，中國計量大學金成濱研究員、杭州電子科技大學盛歐微副教授、清華大學張強教授、浙江工業大學陶新永教授等人合作提出了一系列抑制和恢復“死鋰”的策略，實現了對“死鋰”的有效管理和電池壽命的顯著延長。該研究以“Inhibiting and rejuvenating dead lithium in battery materials”為題，發表在《Nature Reviews Chemistry》期刊上。這是中國計量大學以第一單位首次在該期刊上發文。

1. 通過多種分析技術，揭示了“死鋰”的化學性質和結構演變，以及其在電池運行中的動態變化。

2. 提出了多種抑制“死鋰”形成的策略，包括優化電解液配方、構建穩定的SEI、設計功能化載體材料等。

3. 開發了通過氧化還原化學和電化學技術恢復“死鋰”的方法，為延長電池壽命提供了新途徑。

圖1 “死鋰”的性質和對電池的影響

圖1揭示了“死鋰”的形貌、結構、化學組成、動態演變和定量分析。“死鋰”由不活躍的金屬鋰碎片和鈍化的SEI組成，其形成與電解液配方、界面性質、鋰沉積形貌等因素密切相關。研究發現，“死鋰”的形成不僅減少了可用的活性鋰，還可能引發嚴重的安全問題，如電池短路和熱失控。此外，“死鋰”的積累會阻礙鋰離子的擴散，導致電池電壓極化和內阻增加，最終影響電池的壽命。通過深入分析“死鋰”的性質，可以為開發抑制“死鋰”形成的策略提供理論基礎，從而延長鋰金屬電池的使用壽命。

圖2 “死鋰”引發的挑戰

圖2探討了“死鋰”引發的挑戰，包括SEI的膨脹和溶解、化學和電化學腐蝕引起的“死鋰”、“死鋰”的化學和結構演變以及“死鋰”在固態電池中的問題。SEI的膨脹和溶解會導致電解液滲透進入其多孔有機組成中，引起SEI化學性質和納米結構的變化，降低其局部機械性能。化學腐蝕和電化學腐蝕會進一步加劇“死鋰”的形成，導致活性鋰和電解液的損失。此外，“死鋰”的化學和結構演變使其更難被重新激活。在固態電池中，“死鋰”問題同樣存在，且由于固態電解質的特性，“死鋰”的檢測和處理更加復雜。這些挑戰表明，需要開發更有效的策略來抑制“死鋰”的形成，并恢復其電化學活性，以提高電池的性能和安全性。

圖3 抑制“死鋰”形成的策略

圖3展示了多種抑制“死鋰”形成的策略，包括電化學方法、功能性宿主材料、界面調節和負極合金化。電化學方法通過調整電池運行的電壓、電流密度和靜置時間，優化鋰的沉積和剝離過程，減少“死鋰”的形成。功能性宿主材料通過其多孔結構和表面功能團，促進鋰的均勻沉積并減少體積變化。界面調節通過優化電解液配方和添加保護層，構建穩定的SEI，降低鋰與電解液的副反應。合金化通過引入其他金屬，改善鋰的沉積形態和抗腐蝕性能。這些策略共同作用，有效抑制了死鋰的形成，延長了電池的循環壽命，為鋰金屬電池的實用化提供了重要支持。

圖4 鋰離子電池中容量恢復策略

圖4探討了鋰離子電池中容量恢復的多種策略，重點關注了“死鋰”的重新激活和電池性能的提升。通過補充電解液和鋰金屬負極，可以實現電池的重新鋰化，從而恢復部分容量。熱處理能夠促進SEI的溶解和穩定SEI層的重建，加速“死鋰”的轉化，實現容量的部分恢復。此外，通過在電池的極端荷電狀態下進行靜置處理，可以促進鋰離子的轉移和重新分布，從而重新激活失活鋰離子。這些策略不僅能夠延長電池的使用壽命，還能提高電池的安全性和可靠性，為鋰離子電池的可持續發展提供了重要的技術支持。

圖5 鋰金屬電池中死鋰的恢復策略

圖5展示了鋰金屬電池中“死鋰”恢復的策略，特別是通過氧化還原和電化學技術實現“死鋰”的再利用。其中，碘化物氧化還原對被廣泛應用于“死鋰”的恢復。這些氧化還原對通過與“死鋰”中的Li2O和Li0反應，將鋰釋放到電解液中，隨后在充電過程中重新沉積到鋰金屬負極上。

此外，通過引入額外的金屬離子，可以形成導電的金屬網絡，進一步促進“死鋰”恢復。設計具有多孔結構的隔膜、電極和宿主材料，可以限制“死鋰”的遷移，使其更接近負極，從而提高恢復效率。這些策略不僅能夠延長電池的使用壽命，還能提高電池的安全性和電化學性能，為鋰金屬電池的實用化提供了重要的技術支持。

圖6 失活電極材料中的研究重點

圖6展望了“死鋰”抑制的研究方向，強調了通過多種技術手段和策略實現死鋰的動態監測、高效恢復和再利用。利用先進的原位技術實時監測“死鋰”的形成和演變，為深入理解其機制提供支持。其次，通過物理因素促進“死鋰”的遷移、富集、SEI溶解，提高“死鋰”的再利用率。此外，利用介電泳技術實現“死鋰”的定向移動和電連接，為“死鋰”的恢復提供新途徑。同時，結合人工智能和機器學習技術，高效篩選和設計適合“死鋰”管理的材料。最后，提出大規模制造和集成“死鋰”恢復的方案，如設計骨架、膠囊、中間層和功能性隔膜，為商業化應用奠定基礎。

盡管在抑制和活化“死鋰”方面取得了一定進展，但其仍然是鋰金屬電池面臨的重大挑戰。需進一步探索“死鋰”的動態性質，開發更有效的抑制和恢復策略。結合原位監測技術、物理調控手段和先進材料設計，有望實現對死鋰的實時監測和高效管理。此外，將這些策略應用于其他電池體系，如鈉離子電池、固態電池等，也將是未來研究的重要方向。通過深入研究和技術創新，有望實現高性能、長壽命的鋰金屬電池的實際應用。

Inhibiting and rejuvenating dead lithium in battery materials. nature reviews chemistry, https://doi.org/10.1038/s41570-025-00722-6

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