Nat. Rev. Chem.顶级综述诞生！清华张强/浙工大陶新永领衔！

锂离子电池因其高能量密度而被广泛应用于现代电子设备和电动汽车中。然而，锂金属作为负极材料，存在一些亟待解决的问题，如锂枝晶生长、固体电解质界面不稳定以及“死锂”的形成。“死锂”的形成不仅减少了可用的活性锂，还可能引发严重的安全问题，如电池短路和热失控。因此，深入研究“死锂”的形成机制、影响因素以及抑制和恢复策略，对于提高锂金属电池的性能和安全性具有重要意义。

基于此，中国计量大学金成滨研究员、杭州电子科技大学盛欧微副教授、清华大学张强教授、浙江工业大学陶新永教授等人合作提出了一系列抑制和恢复“死锂”的策略，实现了对“死锂”的有效管理和电池寿命的显著延长。该研究以“Inhibiting and rejuvenating dead lithium in battery materials”为题，发表在《Nature Reviews Chemistry》期刊上。这是中国计量大学以第一单位首次在该期刊上发文。

1. 通过多种分析技术，揭示了“死锂”的化学性质和结构演变，以及其在电池运行中的动态变化。

2. 提出了多种抑制“死锂”形成的策略，包括优化电解液配方、构建稳定的SEI、设计功能化载体材料等。

3. 开发了通过氧化还原化学和电化学技术恢复“死锂”的方法，为延长电池寿命提供了新途径。

图1 “死锂”的性质和对电池的影响

图1揭示了“死锂”的形貌、结构、化学组成、动态演变和定量分析。“死锂”由不活跃的金属锂碎片和钝化的SEI组成，其形成与电解液配方、界面性质、锂沉积形貌等因素密切相关。研究发现，“死锂”的形成不仅减少了可用的活性锂，还可能引发严重的安全问题，如电池短路和热失控。此外，“死锂”的积累会阻碍锂离子的扩散，导致电池电压极化和内阻增加，最终影响电池的寿命。通过深入分析“死锂”的性质，可以为开发抑制“死锂”形成的策略提供理论基础，从而延长锂金属电池的使用寿命。

图2 “死锂”引发的挑战

图2探讨了“死锂”引发的挑战，包括SEI的膨胀和溶解、化学和电化学腐蚀引起的“死锂”、“死锂”的化学和结构演变以及“死锂”在固态电池中的问题。SEI的膨胀和溶解会导致电解液渗透进入其多孔有机组成中，引起SEI化学性质和纳米结构的变化，降低其局部机械性能。化学腐蚀和电化学腐蚀会进一步加剧“死锂”的形成，导致活性锂和电解液的损失。此外，“死锂”的化学和结构演变使其更难被重新激活。在固态电池中，“死锂”问题同样存在，且由于固态电解质的特性，“死锂”的检测和处理更加复杂。这些挑战表明，需要开发更有效的策略来抑制“死锂”的形成，并恢复其电化学活性，以提高电池的性能和安全性。

图3 抑制“死锂”形成的策略

图3展示了多种抑制“死锂”形成的策略，包括电化学方法、功能性宿主材料、界面调节和负极合金化。电化学方法通过调整电池运行的电压、电流密度和静置时间，优化锂的沉积和剥离过程，减少“死锂”的形成。功能性宿主材料通过其多孔结构和表面功能团，促进锂的均匀沉积并减少体积变化。界面调节通过优化电解液配方和添加保护层，构建稳定的SEI，降低锂与电解液的副反应。合金化通过引入其他金属，改善锂的沉积形态和抗腐蚀性能。这些策略共同作用，有效抑制了死锂的形成，延长了电池的循环寿命，为锂金属电池的实用化提供了重要支持。

图4 锂离子电池中容量恢复策略

图4探讨了锂离子电池中容量恢复的多种策略，重点关注了“死锂”的重新激活和电池性能的提升。通过补充电解液和锂金属负极，可以实现电池的重新锂化，从而恢复部分容量。热处理能够促进SEI的溶解和稳定SEI层的重建，加速“死锂”的转化，实现容量的部分恢复。此外，通过在电池的极端荷电状态下进行静置处理，可以促进锂离子的转移和重新分布，从而重新激活失活锂离子。这些策略不仅能够延长电池的使用寿命，还能提高电池的安全性和可靠性，为锂离子电池的可持续发展提供了重要的技术支持。

图5 锂金属电池中死锂的恢复策略

图5展示了锂金属电池中“死锂”恢复的策略，特别是通过氧化还原和电化学技术实现“死锂”的再利用。其中，碘化物氧化还原对被广泛应用于“死锂”的恢复。这些氧化还原对通过与“死锂”中的Li2O和Li0反应，将锂释放到电解液中，随后在充电过程中重新沉积到锂金属负极上。

此外，通过引入额外的金属离子，可以形成导电的金属网络，进一步促进“死锂”恢复。设计具有多孔结构的隔膜、电极和宿主材料，可以限制“死锂”的迁移，使其更接近负极，从而提高恢复效率。这些策略不仅能够延长电池的使用寿命，还能提高电池的安全性和电化学性能，为锂金属电池的实用化提供了重要的技术支持。

图6 失活电极材料中的研究重点

图6展望了“死锂”抑制的研究方向，强调了通过多种技术手段和策略实现死锂的动态监测、高效恢复和再利用。利用先进的原位技术实时监测“死锂”的形成和演变，为深入理解其机制提供支持。其次，通过物理因素促进“死锂”的迁移、富集、SEI溶解，提高“死锂”的再利用率。此外，利用介电泳技术实现“死锂”的定向移动和电连接，为“死锂”的恢复提供新途径。同时，结合人工智能和机器学习技术，高效筛选和设计适合“死锂”管理的材料。最后，提出大规模制造和集成“死锂”恢复的方案，如设计骨架、胶囊、中间层和功能性隔膜，为商业化应用奠定基础。

尽管在抑制和活化“死锂”方面取得了一定进展，但其仍然是锂金属电池面临的重大挑战。需进一步探索“死锂”的动态性质，开发更有效的抑制和恢复策略。结合原位监测技术、物理调控手段和先进材料设计，有望实现对死锂的实时监测和高效管理。此外，将这些策略应用于其他电池体系，如钠离子电池、固态电池等，也将是未来研究的重要方向。通过深入研究和技术创新，有望实现高性能、长寿命的锂金属电池的实际应用。

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

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