孟颖ACS Energy Letters: 充/放电速率对锂金属电池循环性能的影响

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LMBs 因采用锂金属作为负极材料，凭借锂的低电化学势和高比容量，展现出显著提升电池比能量的潜力。但在实际应用中，LMBs 面临着严峻挑战，其中锂金属负极的固体电解质中间相(SEI)以及高压正极的正极-电解质中间相(CEI)在高电压和快速充电条件下的稳定性问题尤为突出。

在此， SES AI的Hong Gan和加州大学圣地亚哥分校孟颖等人 通过优化充/放电速率，提出了一种提高LMB循环稳定性的策略。研究表明，慢速充电（0.2C）和快速放电（3C）显著提升了性能，多层LMB在1000次循环后仍能保持超过80%的容量。快速放电速率促进了锂在固体电解质界面（SEI）层下方的沉积，抑制了SEI的生长并提高了库仑效率（CE），而慢速放电速率则促进了锂在SEI上方的沉积，导致SEI的积累。

基于此，作者提出了一个合理的假设，将SEI的导电性与循环条件联系起来，并引入了一种间歇性脉冲放电协议，以模拟电动汽车应用，进一步提高了稳定性。这些优化的循环策略增强了LMB的使用寿命、实用性和安全性，为未来几年LMB的广泛应用铺平了道路。

图1. 不同充/放电速率下 SES 锂金属电池的循环性能

总之，该工作通过实验和分析揭示了充/放电速率对锂金属电池（LMBs）循环性能的显著影响。结果表明，慢速充电和快速放电（如0.2C充电和3C放电）的组合能够显著提升电池的循环稳定性和库仑效率（CE），使多层LMB在1000次循环后仍能保持超过80%的容量。这种充/放电策略通过促进锂在SEI层下方的沉积，减少了SEI的积累和副反应，从而延长了电池寿命并提高了安全性。

此外，研究还提出了一种间歇性脉冲放电协议，以模拟电动汽车应用中的快速放电需求，进一步优化了电池的循环性能。因此，该工作为锂金属电池的设计和优化提供了重要指导，为未来高性能LMBs的商业化应用奠定了基础。

图2. 间歇性脉冲放电协议及软包电池的循环性能

Unveiling the Impacts of Charge/Discharge Rate on the Cycling Performance of Li-Metal Batteries, ACS Energy Letters 2025 DOI: 10.1021/acsenergylett.4c03215

孟颖（Ying Shirley Meng） ，美国芝加哥大学分子工程学院教授，美国能源部阿贡国家实验室能源存储科学合作中心（ACCESS）首席科学家，加州大学圣地亚哥分校（UCSD）纳米工程系及能源技术Zable荣誉首席教授，可持续电力和能源中心（SPEC）的创始主任，以及材料设计与探索研究所（IMDD）的创始主任，美国电化学学会成员，能量储存及转化实验室（LESC）的首席研究员。已在 Nature, Science, Nature Energy, Nature Materials, Joule, Energy & Environmental Science, Journal of American Chemical Society 等国际著名学术期刊上发表超过500篇同行评议论文，两部专著章节和六项专利，获得过多项著名奖项。

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