综述：理解锂金属负极的电化学-力学耦合机制

这篇综述系统总结了锂金属电池（LMBs）中锂沉积/剥离的电化学-力学耦合机制，重点探讨了液态/固态电解质中锂成核生长动力学、固态电解质界面相（SEI）的调控策略，以及多尺度表征方法的应用，为高能量密度、长循环寿命的LMBs设计提供了理论指导。

　　

锂金属负极的电化学-力学耦合机制

锂金属电池（LMBs）因其高理论比容量（3860 mAh g^–1）和低氧化还原电位（–3.04 V vs. SHE）成为下一代储能技术的候选者。然而，锂枝晶生长、不均匀沉积及界面副反应等问题阻碍其实际应用。锂沉积/剥离本质上是电化学-力学耦合过程，涉及离子传输、电荷转移和应力演变的复杂相互作用。

液态电解质中的锂沉积机制

锂沉积始于离子脱溶剂化并穿过SEI，在基底表面还原为金属锂。基底特性（如亲锂性）和力学性能显著影响成核过电位和沉积形貌。例如，高结合能和低表面能的基底（如LiAg合金）可降低成核势垒，促进均匀沉积。电流密度和过电位通过Sand's时间理论（τ = πD_app(z⁺FC₀t_–/2J)²）调控枝晶生长，低电流密度（<1 mA cm^–2）抑制枝晶形成。外部压力（~14 MPa）可诱导横向生长，形成致密柱状结构。

SEI的调控与功能

SEI的离子/电子电导率、机械强度（弹性模量>3 GPa）和化学组成（如LiF-rich）共同决定沉积均匀性。高离子电导率SEI（如含Li₃N）促进均匀离子通量，而低电子电导率抑制枝晶热点。电解质工程（如局部高浓电解液、LiNO₃添加剂）可定向调控SEI组分，电位保持法（1.3 V vs. Li/Li⁺）优先分解盐类形成无机-rich SEI。

固态电解质中的界面挑战

固态电池（SSBs）中，锂/固态电解质（如LLZO）界面的机械接触和化学稳定性是关键。界面缺陷（孔隙、晶界）和电子电导导致锂渗透和枝晶生长。多层电解质设计（如梯度模量）可偏转枝晶路径，而金属中间层（如Al₂O₃）可稳定界面。

多尺度表征与计算模拟

冷冻电镜（cryo-STEM）和X射线断层扫描（XTM）揭示了锂微观结构演化，中子成像（NI）追踪锂离子迁移。相场模型（PFM）和有限元分析（FEM）模拟了SEI应力分布与枝晶生长动力学，为实验优化提供理论支撑。

未来展望

实现实用化LMBs需解决多参数耦合的复杂性，开发原位表征技术，并探索低堆压（<1 MPa）下SSBs的界面稳定性。电解质工程与人工SEI设计的协同优化将是重要方向。