中国粉体网讯 金属锂是一种银白色的金属，具有质地轻，延展性好，导电性强等优点，它的电化学性质非常活泼，电极电位为-3.045V，理论比容量高达3860mAh g-1，是目前发现的质量比能量最大的金属之一。但是，金属锂直接作为电池负极材料依然存在很多问题。例如：金属锂非常活泼，会与空气或水发生反应导致电池的组装困难；充电时，沉积的锂会与电解液发生反应而无法继续参加循环，导致库伦效率低；由于金属锂表面形态的不均匀，导致表面电荷分布不均匀，枝晶的产生会刺穿隔膜造成电池短路，引发安全隐患。
直接对金属锂负极进行改性是提高金属锂电池性能最直接也是最有效的方法。改性后的金属锂负极可以不经过任何附加的电化学过程直接应用于Li-S电池和Li-O2电池中。到目前为止，针对金属锂负极的改性方法主要有三种：（1）金属锂电极表面包覆改性；（2）采用复合金属锂电极；（3）金属锂合金电极以及金属锂粉末电极。
金属锂粉末电极是目前新形态锂负极中研究较多的一种电极。锂粉的常用制备方法为滴液乳化技术（DET）：将金属锂（熔点：180.54℃）置于245℃硅油中熔融，以25000-30000rpm速度进行分散均匀，冷却至室温，将锂粉过滤后，使用环乙烯、己烷等有机溶剂多次清洗后，即可制得直径约为10-40μm的锂粉（比表面积约是锂片的５倍）。
增大金属锂电极的表面积可以抑制锂枝晶的生长。由于粉末具有较大的比表面积，若采用粉末锂电极可以降低电流密度，减小电极极化。
Kwon等将金属锂熔融之后与热硅油混合成乳浊液，冷却后析出固态锂粉末，将筛选出的粒径为20~40μm的锂颗粒与粘结剂PVDF混合制备出金属锂粉末电极。这种方法制备的电极在大电流充放电和低温下的循环性能都得到明显改进。Yoon等则分别在金属锂粉末电极的表面包覆LiF和蜡层，减小了电极的电阻提高了电极的稳定性，从而提高了金属锂的循环性能。
上述相关的课题组还报道了用微乳液法制备金属锂粉末电极的研究方法，制备出的粉末锂如图所示。在不同的电流密度下对循环前后的粉末锂负极进行观察，发现其能够保持良好的原始形貌，且枝晶的形成得到了明显的抑制。
利用微乳液法制备出的金属锂粉末电极的SEM图
（来源：张毅俊.金属锂负极的改性及其电化学性能的研究.浙江大学）
Heine等研究者对比了包覆的锂粉末制备的粉末电极（CLiP）与锂金属箔电极的性能，认为锂粉末电极具有两大优势，一方面粉末电极具有更大的电化学活性表面积，局部电流密度减小，可以抑制锂枝晶的产生，另一方面，锂粉末电极可以更加精确地控制锂在电极上的载量，提高锂电池的能量密度。研究发现锂粉末电极对循环稳定性、库伦效率、锂沉积/溶解的极化和电极形貌等方面均有明显的改善作用。
Jin-Suk Kim等通过SEM观察锂粉电极的溶解-沉积表面行为。对于使用普通锂箔的电池，锂的溶解-沉积仅在锂箔表面发生，在多次充放电后，锂枝晶产生并不断积累。然而使用锂粉的电池，锂的溶解-沉积行为在整个锂电极发生，并有效抑制了锂枝晶的集聚，多次充放电后锂粉电极形态变化不大。
M.S.Park等在Li-MnO2中分别使用锂粉（平均直径20μm）和锂箔作为负极。与使用锂箔的电池相比，使用锂粉的电池比容量更高、内部阻抗更小、脉冲性能更加优异。通过BET测试发现，由于锂粉比表面积更大，有着较大的反应面积，可有效减弱放电电流密度，因此在大电流放电下，该种电池有着较好的应用前景。
参考资料：
1、张毅俊.金属锂负极的改性及其电化学性能的研究.浙江大学
2、周振心.锂二次电池金属锂负极的改性研究.哈尔滨工业大学
3、陈晨.二次电池金属锂电极循环性能改进的基础研究.武汉大学
4、樊开乐.碳在锂硫电池负极材料中的应用研究.北京化工大学
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