金属单原子催化剂用于稳定锂金属负极: 原理、进展和前景

罗洋, 崔春雨, 费慧龙（湖南大学化学化工学院, 化学生物传感与计量学国家重点实验室）

摘要：电子器件和新能源汽车的快速发展促使人们不断追求具有更高能量密度的储能器件. 锂离子电池作为当前最主流的储能器件, 其负极材料以石墨为主, 然而石墨较低的理论比容量已无法满足高能量密度的发展需求. 锂金属负极具有极高的理论比容量和最低的嵌锂电位, 被认为是下一代锂离子电池最理想的负极材料. 但是, 锂金属负极在电镀和剥离过程中极易形成锂枝晶, 所带来的安全性和稳定性问题严重阻碍了其商业化应用. 近年来, 金属单原子(SACs)策略常被用来解决上述难题. SACs因其独特的局部配位环境、极高的表面自由能和接近100%的原子利用率, 能够促进锂离子在基底上的传输并诱导锂的均匀沉积, 在抑制锂枝晶生长方面展现出了极大的潜力. 基于此, 本文综述了近年来SACs应用于锂金属负极的研究进展, 从作用机制着手, 围绕五个维度, 包括SACs调控基底亲锂性、SACs提高碳基底结构稳定性、SACs修饰电池隔膜用于调控电解液中锂离子均匀分布、SACs加快去溶剂化动力学, 以及SACs提高电极表面扩散动力学, 对其在锂金属负极上的具体应用做了全面介绍, 并在此基础上提出了SACs应用于锂金属负极的主要挑战, 期望能为锂金属电池未来的发展提供思路.

关键词：锂金属负极, 金属单原子催化剂, 锂枝晶, 亲锂性, 扩散能垒, 去溶剂化