基于其最高的理论比容量，金属锂（Li）被认为是下一代电池的最有希望的未来负极材料。锂金属电池（LMB）的循环需要在充电过程中沉积锂金属，并在放电过程中剥离。目前，LMB商业化的最大挑战是与电沉积Li的枝晶生长相关的安全性问题，以及其较低的低容量保持率和短循环寿命。

近日，英国剑桥大学Clare P. Grey报道了一种⁷Li原位NMR计量技术，以研究“无负极”锂金属电池，其中锂直接从LiFePO₄（LFP）正极电镀到裸铜集流体上。

文章要点

1）将LFP被选为稳定的正极材料，其电压分布在3.5 V vs Li/Li⁺，原则上，可以选择使用任意锂化正极材料。

2）该技术可以追踪全电池锂金属电池中锂的电镀和剥离过程中无活性或“死锂”的形成，即可以通过NMR量化死锂和SEI的形成，并在碳酸盐和醚电解质中比较它们的相对形成速率。研究发现，FEC添加剂有利于电镀和剥离锂，导致Li−Cu电池中更高的CE和Li−NMC电池中更好的容量保持率。

3）研究人员利用顺磁金属锂的体磁化率（BMS）效应，对⁷Li NMR位移进行仔细分析，以揭示表面覆盖和锂沉积形态。原位NMR监测在间歇期间发生的Li金属腐蚀实验结果显示，Li的总腐蚀（化学SEI形成和电腐蚀）仍然是可充电LMB的一个关键问题。

4）研究发现，高腐蚀率归因于锂金属和铜的SEI形成（以及Cu⁺，Cu²⁺的还原）。研究人员随后研究了铜表面处理，电解质和聚合物涂层对铜集流体（PEO，PVDF和PMMA）的影响，以此作为减轻Li腐蚀的方法。结果表明，聚合物涂层和铜表面化学修饰都有助于稳定金属锂表面。

Anna B. Gunnarsdóttir, et al, Noninvasive In Situ NMR Study of “Dead Lithium” Formation and Lithium Corrosion in Full-Cell Lithium Metal Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c10258

https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c10258