可充電鋰金屬電池目前受到安全問題、電解液持續(xù)分解和鋰快速消耗的限制，這些問題主要與鋰金屬-電解液界面反應有關。鈍化膜（即SEI）的形成決定了離子擴散以及鋰金屬電極在循環(huán)過程中的結構和形態(tài)演變。

為了構建一種理想的鈍化膜，需要深入了解膜的成分、結構、形貌和拓撲結構與其在電池單元中的基本功能和運行之間的關系。

圖1. 鋰金屬電極的降解反應

為此，德國烏爾姆亥姆霍茲研究所（HIU）Stefano Passerini、Arnulf Latz及美國勞倫斯伯克利國家實驗室Robert Kostecki等人從腐蝕科學的角度對鋰電極-電解液界面反應進行了深入研究，參考了金屬上腐蝕和鈍化現(xiàn)象的一般概念，并重新審查了相應的成熟電化學理論和模型。

通過討論（可逆的）Li⁺ 在瞬間形成的SEI上的轉(zhuǎn)移機制，在腐蝕科學和電池電化學之間建立一座橋梁。將其與以材料科學為導向的方法結合起來，以實現(xiàn)精心設計的鈍化層或人工夾層，這些鈍化層或人工夾層可以在原位（即在電池中）或非原位（即在電池組裝前）獲得，它們可以抑制連續(xù)的電解質(zhì)分解和鋰消耗。

最后，作者提供了一份理想的鈍化層的指南，并確定了可能導致在商業(yè)電池中部署金屬鋰負極的研究方向。

圖2. 決定金屬-電解液界面和相間的參數(shù)

作者認為，未來合適的金屬鋰表面的腐蝕保護層需要注意以下問題：

1）界面相必須是電子和電解液的“真正”絕緣體；

2）中間相必須具有高的Li⁺ 導電性，以允許足夠快的和均勻的Li傳輸和Li⁺ 去溶劑化動力學；

3）應有足夠高的靈活性以承受體積變化，以及高的機械穩(wěn)定性以避免斷裂導致進一步的鋰腐蝕；

4）鋰金屬電極目前的局限性可以通過自發(fā)形成的鋰腐蝕保護層來解決，例如通過調(diào)整電解質(zhì)成分和/或鋰金屬表面；

5）除了安全性之外，CE和過電位是商業(yè)電池中應用金屬鋰負極的決定性參數(shù)，決定了電池中的鋰和電解液的數(shù)量，以便在長期循環(huán)時達到一定的容量保持。

圖3. 鋰金屬電池商業(yè)應用的相關參數(shù)

The passivity of lithium electrodes in liquid electrolytes for secondary batteries, Nature Reviews Materials 2021. DOI: 10.1038/s41578-021-00345-5