锂金属电池循环过程中严重的容量损失是阻碍其发展的重要障碍之一。负极锂金属的损失是由电腐蚀过程（发生在裸露的铜集流体与负极锂金属之间，以电解液形成离子传导介质），固体电解质界面膜形成（SEI，形成于锂金属表面）以及失去电子传输通道的锂金属（又称“死”锂）所造成的。在这三种机制中，电腐蚀过程与SEI形成过程以锂离子（Li ）方式造成锂损失，而“死”锂以锂金属（Li⁰）形式造成锂损失。鉴定与量化这三种过程中的锂损失过程尤为重要。

针对锂金属电池循环过程中的容量损失问题，上海交通大学薄首行教授课题组在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了题为 Accelerated Growth of Electrically Isolated Lithium Metal during Cycling的文章。此文章在锂铜半电池中系统地区分和定量研究了电腐蚀，SEI膜和“死”锂三个过程下的锂损失速度。通过电化学曲线结合气相色谱分析，他们发现在循环过程中，“死”锂加速增长，是容量损失中占比最大的部分（占容量损失的80%左右）。相比“死”锂的加速增长，由电腐蚀和SEI膜造成的Li 损失的容量部分增长较为缓慢，且与循环时间基本呈线性关系。文章使用光声三维成像对循环后的锂金属表面和等量单次沉积的锂金属表面进行对比，定量揭示了锂金属在循环过程中的不均匀沉积现象。此项工作进一步将“死”锂的定量分析引入到使用Li₁₀GeP₂S₁₂电解质的固态锂铜半电池中，揭示锂金属与Li₁₀GeP₂S₁₂电解质严重的界面反应几乎消耗了所有参与循环的锂。此类现象可能在锂/锂对称电池中因（相比参与循环的锂来说）无限的锂源而难以发觉，凸显了非对称电池（如锂铜半电池）在固态锂金属电池定量研究中的必要性。此工作强调了定量研究在传统以及固态锂金属电池中的重要性，为优化锂金属电池电化学性能提供了思路。

图二. （a）左右分别为滴定循环1，5，10，5，20，25，30圈后锂铜半电池中的铜片集流体与隔膜的GC数据。0.75分钟左右的峰为氢气峰（蓝色区域）。插图展示了隔膜滴定放大的氢气峰。（b）检测到相对循环时长的Li⁰与Li 含量（以mol为单位）。（c）以mAh为单位的Li⁰与Li 含量。Li⁰增长趋势以幂函数拟合（曲线一），Li 增长以线性函数拟合（曲线二）。

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https://doi.org/10.1021/acsami.1c08944