YYVIP易游【科技】IF558！Chemical Reviews：锂金属电池热安全瓶颈与突破路径全梳理！

　　YYVIP易游·(中国有限公司)官方网站

　　随着全球能源需求持续增长，锂离子电池（LIBs）因能量密度接近理论极限，已难以满足未来储能需求，而锂金属电池（LMBs）凭借锂金属高理论容量（3860 mAh・g⁻¹）和低电极电位（-3.04 V vs SHE），成为下一代高能量密度储能系统的核心候选，还能支撑锂 - 硫（Li-S）、固态电池（SSBs）等先进体系发展。但 LMBs 的实际应用受锂枝晶生长、寄生副反应、固体电解质界面（SEI）不稳定、循环性能差等问题制约，尤其热稳定性与安全性仍是关键瓶颈 —— 锂金属化学活性高，电解液与电极界面易发生放热反应，且高能量密度伴随更高热释放，易引发热失控，尽管电解液设计、电极结构优化等技术已提升电化学性能，但其材料、界面及电池层面的热稳定机制仍需深入探究，这也是本文开展相关研究的核心背景。

　　UL 研究院电化学安全研究所 Judith A. Jeevarajan、普渡大学 Partha P. Mukherjee团队 围绕锂金属电池（LMBs）的热稳定性与安全性展开全面机理研究，系统分析了材料、界面及电池层面的热不稳定性机制，涵盖锂金属、液态 / 固态电解质、层状氧化物、硫等多种 cathode 材料在引发放热反应、气体释放及热失控中的作用，揭示了电极 - 电解质相互作用、界面相化学、电化学力学等因素间的复杂耦合关系；同时探讨了液态电解质 LMBs、固态 LMBs、锂 - 硫电池等不同体系的热失控路径，识别了关键热不稳定机制与知识缺口，并提出了通过材料改性、界面工程等提升电池热韧性的策略，为设计高安全性高能量密度 LMBs 奠定了机理基础，也为下一代储能电池的安全应用提供了方向。

　　本文系统剖析了锂金属电池（LMBs）在材料、界面及电池层面的热不稳定性机制，重点探究了锂金属、液态 / 固态电解质、层状氧化物、硫等不同电极材料引发放热反应、气体释放及热失控的核心作用，揭示了电极 - 电解质相互作用、界面相化学、电化学力学等因素间的复杂耦合关系，填补了不同体系 LMBs 热稳定性研究的知识空白。

　　针对液态电解质 LMBs、固态 LMBs、锂 - 硫电池三类核心体系，本文明确了各自独特的热失控路径：液态体系中锂枝晶生长与电解液降解、固态体系中电解质 - 电极界面热力学不稳定与锂渗透、锂 - 硫体系中电极直接 redox 反应均为关键诱因，同时阐明了荷电状态（SOC）、循环次数、温度等操作参数对热稳定性的显著影响。

　　基于机理分析，本文提出了提升 LMBs 热安全性的核心方向：材料层面可通过优化电极成分（如掺杂改性、单晶化）、改进电解质配方（高闪点溶剂、阻燃添加剂）增强本征热稳定性；界面层面需构建均匀致密的固体电解质界面（SEI）、抑制界面副反应；电池层面需关注结构设计与热管理，为高能量密度 LMBs 的安全设计提供了系统性理论支撑。

　　图 1 （a）对比了传统锂离子电池与下一代锂金属电池（锂金属电池、锂 - 硫电池、固态电池）在电池层面的能量密度和单位重量放热情况，直观展现了下一代电池在能量密度上的优势及伴随的放热风险；（b）指出实验室对下一代锂基电池的研究多集中于电化学性能和材料 / 电池表征，对实际应用至关重要的热不稳定性关注有限，并列举了电池关键组成部分及潜在应用场景。

　　图 2 （a）相变过程中过渡金属（如镍、钴）迁移、金属 - 氧键断裂及氧气释放的过程；（b）呈现了温度对钴和镍在八面体锂位点占有率的影响；（c）通过电子能量损失谱展示了三种过渡金属随温度变化的还原行为；（d）利用原位 X 射线衍射图呈现了不同组成的镍锰钴氧化物（NMC532、NMC622、NMC811）在加热过程中的相变情况。

　　图 3 层状氧化物正极的氧气释放机制与热稳定性，（a）通过原位透射电子显微镜图像展示了 NMC622 在加热时的裂纹萌生与扩展，以及裂纹边缘岩盐相的形成；（b）示意了颗粒级层面上高温下氧气释放的机制；（c）通过差示扫描量热曲线表明钴酸锂（LCO）正极的热稳定性与荷电状态密切相关，荷电状态越高，分解温度越低、放热越多；（d）质量谱图显示 NMC811、NMC622、NMC532 三种正极的氧气释放情况，镍含量越高，氧气释放越多；（e）呈现了不同镍含量的层状正极在加热下的相演变；（f）示意了金属 - 氧键的共价特性对键强度和热稳定性的影响，键越强，热分解起始温度越高。

　　图 4 液体电解质的热稳定性，（a）差示扫描量热曲线对比了碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）1:1 体积比混合物在有无六氟磷酸锂（LiPF₆）盐存在时的放热情况；（b）示意了典型电解质的降解路径及溶剂与盐之间的放热反应；（c）对比了采用高浓度、双盐、自由基捕获等不同策略的电解质与标准电解质（LiPF₆-EC/DEC）在加热时的重量损失；（d）示意了上述策略提升电解质热稳定性的原因；（e）展示了不同电解质方法的阻燃测试结果。

　　图 5 不同溶剂和电解质的热稳定性与电化学性能，（a）以分解温度和粘度为指标，对比了常见溶剂的热稳定性和电化学性能；（b）对比了传统电解质、磷酸盐基电解质和离子液体基电解质的循环稳定性；（c）呈现了上述电解质的阻燃测试结果，直观反映了不同电解质的安全性能差异。

　　图 6 氧化物固态电解质的热行为与结构稳定性，（a）原位 X 射线衍射图展示了 Li₁.₅Al₀.₅Ge₁.₅(PO₄)₃（LAGP）电解质在加热过程中的相演变；（b）通过 Rietveld 精修量化了 LAGP 加热时形成的杂质相比例；（c）呈现了 Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）电解质在高温下的相演变及杂质相生成情况；（d）通过聚焦离子束 / 扫描电子显微镜（FIB/SEM）获得了空气暴露后的 LLZO 体相的横截面扫描电子显微镜图像；（e）拉曼图谱展示了烧结后不同空气暴露时长的碳酸锂（Li₂CO₃）涂层 LLZO 的图谱变化。

　　图 26 用于研究电池热行为和锂沉积的原位 /operando 表征技术，（a）为整合原位 X 射线衍射和质量谱的实验装置，用于追踪锂化石墨负极加热过程中的降解和气体释放；（b）为 NMC / 石墨锂离子电池热失控过程的 operando X 射线断层扫描，插图放射照片捕捉了事件的关键阶段；（c）示意了用于观察循环过程中电极形态变化的 operando X 射线图谱电池；（d）为不同正极（NMC、LFP）的表面扫描电子显微镜图像；（e）和（f）分别为锂半电池（Li/LiPF₆-EC/DMC/Cu）在沉积 / 剥离过程中的 operando 中子深度剖面，展示了锂随深度（距铜表面）和时间的分布，以及锂离子在锂沉积厚度上的面浓度。

　　图 27 为定性桑基图，阐述了影响锂金属电池热不稳定性和安全响应的内在和外在因素，以及组成材料之间的耦合机制相互作用，涵盖电极层面、电解质层面、界面层面和电池层面的关键影响因素。

　　锂金属电池（LMBs）凭借高比容量和能量密度，已成为下一代储能系统的核心候选方案，但锂金属固有的化学活性带来了显著的热安全隐患。本综述对不同体系 LMBs 的热不稳定性展开了全面的机理分析，明确了决定其热电化学响应与安全性的关键路径。

　　对于液态电解质锂金属电池，目前对材料和界面层面的热响应研究较为充分，但电池层面的热行为仍有待深入探索。其热不稳定性通常始于负极界面，通过正极释放氧气、界面分解及电极间化学串扰蔓延，即使使用热稳定电解质并形成坚固的固体电解质界面（SEI），锂金属与层状正极释放的含氧成分（如 O₂、CO₂）的放热反应仍可能引发热失控。未来需采用整体研究方法，结合低溶剂化、高闪点电解质与能将放热过程转化为吸热过程的吸氧正极涂层等策略，同时关注倍率、温度、施加压力、日历老化等外在因素的影响，厘清多尺度机理相互作用与电池层面热行为的关联。

　　对于固态锂金属电池，尽管固态电解质（SEs）分解温度较高，但仍存在多种热不稳定路径，锂金属与 SEs 间的界面不稳定性是热失控的主要诱因。当前研究多聚焦于传统层状氧化物正极，而先进正极结构可能因与复合组分相互作用释放活性气体，进一步提升热失控风险。未来需系统探究锂的形貌、微观结构等内在因素与温度、压力等外在因素的复杂相互作用，考察全活性材料致密正极结构的影响，将研究对象从纽扣电池和体相电池扩展至具有更薄 SEs 和更高正极载量的软包电池和方形电池，确保研究的实际应用价值。

　　对于锂 - 硫电池，相关研究多集中于提升电化学性能，对热失控机理关注较少。该体系的热失控可通过硫正极与锂金属负极的直接氧化还原反应触发，且抑制多硫化锂（LiPSs）可能对热稳定性产生负面影响，部分研究发现锂 - 硫电池在钉刺穿透或内部短路时，锂表面形成的 Li₂S 保护层可抑制热失控。未来需评估 LiNO₃等添加剂的热效应，深入探究全固态锂 - 硫电池循环过程中界面或亚稳相的性质及其对热响应的影响，将硫正极不可逆结构变化导致的活性材料损失纳入热分析，完善对其降解机理与热失控路径的全面认知。

　　综上，实现对 LMBs 热稳定性的机理理解，需克服掩埋界面表征、动态条件下界面反应分析等诸多挑战，需开发先进的物理建模、原位及操作数诊断工具，结合机器学习与数据驱动分析，加速模式识别与预测建模，为热稳定 LMBs 的合理设计提供指导，推动其在电动汽车、电动航空、国防系统等多领域的安全应用。

　　近日，山东德州武城三名小女孩在小区楼下玩耍时无意间发现有烟雾从一邻居家的储藏间飘出“不好，着火了！”面对危险三个年幼的孩子并没有慌乱她们立刻向小区保安求助还通过大喇叭朝楼上喊话提醒大家赶紧逃生并拨打了119报警熏黑的墙面。

　　齐鲁晚报·齐鲁壹点 于泊升12月28日，辽宁辽阳白塔区三里厨娘饭店“4·29”重大火灾事故调查报告（以下简称报告）向社会公布，揭开了这场造成22人死亡、3人受伤的事故线个月时间里，这起发生在饭点的火灾始终吸引着公众注意。

　　12月底正是梅花的“高光时刻”，金黄的花朵缀满枝头，香气清远，给冬日的郑州增添了一抹亮色与诗意。这个周末，不妨带上家人约上朋友一起去寻香打卡，用一场“梅”好的仪式感，度过美美的周末吧！

　　据“平安中原”微信公众号，2025年以来，河南警方按照公安部“净网2025”专项工作部署，聚焦人民群众反映强烈的网络谣言突出违法犯罪，持续加大打击整治力度，全力维护网络空间清朗。

　　【大河财立方 见习记者 岳炎霖 文 朱哲 摄影】走进位于洛阳市偃师区的光辉制鞋厂车间，多位工人手指翻飞，熟练地加工着一双双即将发往海外的布鞋。看似寻常的布鞋中，却蕴含着这座城市的致富密码。2024年，布鞋支撑起了这座县城超120亿元产值。偃师，还有着“中国布鞋之都”的美誉。

　　瑞士一酒吧发生火灾致40死，目击者：服务员用“烟花蜡烛”不慎点燃天花板

　　据华尔街日报、美国有线电视新闻网消息，当地时间1月1日凌晨，位于瑞士瓦莱州克朗-蒙大拿的一家酒吧发生严重火灾，已造成约40人死亡，约115人受伤。

　　美东时间2025年12月31日，贵金属全线%，伦敦白银现货价格大跌6.08%。

　　近日，央视2026跨年晚会现场，多位女主持人、演员们告别单薄礼服，穿上了保暖大衣，系上围巾。马凡舒穿着粉白毛领外套，端庄优雅，朱迅穿上了绘有春日意象的厚外套，活力四射，多名歌手、舞蹈演员都穿上了冬装，戴上围巾和手套，彻底告别了“看着就冷”的露肩礼服和短裙。

　　“晚饭吃七分饱”这句话，很多人都听烂了吧？但最近有不少医生提醒，尤其是56岁以后，这个说法可能不太适合你了。不是说吃太多没风险，而是“七分饱”本身，就很容易搞错。到底七分是几口？是七成热量？还是吃完还想吃点？搞不清楚的，就容易吃得要么太多，要么太少。

　　美国国会下周初复会将面对1月30日的关键截止日期，停摆风险取决于12项法案的进度。2025年那场创纪录的美国政府停摆，导致旅客航班取消、联邦政府工作人员薪资停发，还拖累了美国的经济增长。如今，这一切乃至更多糟糕状况是否会再度上演？