鎂金屬負極的挑戰及改性策略研究進展

陳志竑，彭成信

(上海理工大學 材料與化學學院,上海200093)

隨著人們對化石能源(如煤、石油、天然氣等)的過度開發消耗，一方面造成不可再生資源的儲量在可預期的時間內將開采殆盡；另一方面，傳統的能源使用不可避免地會釋放出大量溫室氣體導致全球溫室效應，威脅人類的生存環境[1-3]。可充電電池作為新能源體系中的一個重要組成部分，其發展影響著新能源行業的走向和未來。作為可充電電池的代表，鋰離子電池在新能源領域中占據著關鍵的地位。在過去的幾十年中，鋰離子電池經歷了曲折的發展道路，得益于眾多專業人員對其不斷的優化，憑借著良好的性能在儲能設備、消費電子和動力電源等領域大放異彩，目前正逐漸占據可充電電池的主流市場[4-7]。

然而伴隨著需求的不斷攀升，鋰金屬的價格也一路走高。高昂的鋰資源對于剛起步的新能源電池行業發展來說是極其不利的，成本的劣勢對于企業和消費者來說極具挑戰性[8]。此外，鋰離子電池也面臨著眾多無法忽視的發展問題。其一，目前傳統負極材料石墨的能量密度已經接近極限，這無疑將制約鋰離子電池的性能發展，最終無法滿足對電池性能越來越高的要求。硅基材料和鋰金屬作為下一代負極材料中的有力候選者，雖然二者具有較高的比容量，但是在充放電過程中硅的體積膨脹和鋰金屬的枝晶問題嚴重制約其在電池中的應用[9-11]。此外，鋰金屬對空氣敏感，化學活性高，對電池的組裝和存儲環境有著極為嚴格的要求，無疑進一步加劇了其綜合成本上升，不利于高能鋰電池的量產和在大規模儲能裝置中的應用。……