锂枝晶的生长是由于Li⁺的动力学传递受到了限制。而目前对于抑制石墨表面锂枝晶生长的优化方向，是改善Li⁺在石墨负极内部的传质动力学。Li⁺在石墨负极中的传输可分为四个连续步骤：（a）电解液中的Li⁺传输;（b）SEI处溶剂化Li⁺的脱溶;（c）Li⁺在SEI内的传输;（d）石墨颗粒内Li⁺的传输。然而从根本上消除锂枝晶的生长是不可行的，在这种情况下，可以对金属锂的析出进行管理，使其不以尖锐的锂枝晶析出，而以平整且均匀的金属锂的形式析出。金属锂的超高理论比容量意味着添加微量的可逆金属锂就能够大大提高电池的能量密度，在石墨上实现可控的金属锂析出，以制备出高度可逆的“石墨-锂”复合负极，可以满足LIBs的高能量需求和快速充电要求。

近年来有许多学者研究调控锂枝晶的方法，对这些方法总结如下：i）电解液优化；ii）电极结构设计；iii）Li⁺脱溶调控；iv）SEI构建；v）材料颗粒改性。SEI的成分和结构在实现负极的长期循环稳定性和控制锂枝晶方面起着至关重要的作用，其中包括Li⁺传输和机械稳定性。然而，在充电/放电循环过程中，SEI总是经历一个“溶解/再生”的动态过程。循环过程中负极体积变化会产生SEI裂纹，而电解质又很容易在新暴露的活性表面上持续消耗，导致SEI持续生长。最新的研究表明无机型SEI在调节锂沉积方面十分有效。SEI的高杨氏模量以及其均匀的Li⁺通量都可以缓解锂沉积的“尖端效应”，并且能保持稳定的反应界面。由于无机组分含量高的SEI有利于Li⁺的传输，因此相关学者在相关方面做了大量研究，包括探索高含氟、弱溶剂化和高浓度电解液等电解液改性方法，以及构筑稳定致密的“人工SEI”。

本文通过调节石墨的层间嵌锂，实现了电压低于0 V发生析锂的过程。控制石墨半电池的电压为负压时，石墨表面的SEI膜的主要成分和结构在不同电压下是有区别的，当在高压3 V左右时，生成的SEI主要以马赛克结构为主，其中有机产物和无机产物共同镶嵌在石墨表面；而在0.1 V 以及0 V时生成的SEI膜是以无机成分为主的紧实的双层SEI膜，能够对负极提供更加优质的保护作用。同时通过在半电池上设计恒定容量的锂化过程，SOC为理论容量的110％以及控制合适的析锂次数（3次），在析出金属锂最低电位−0.04 V的基础上，控制合适的析锂量，不破坏负极环境并加以利用，即在石墨负极未生成明显的Li枝晶时，便对金属锂的析出进行调控，慢速嵌锂进行石墨的活化后紧接着金属锂的成核和生长，依附在负极表面，形成能够提供导电性和容量的可逆活性锂，同时诱导形成富含无机物的高强度SEI膜。

对以石墨为负极的锂离子电池进行析锂调控，以使石墨负极上形成具有高可逆性的均匀的金属锂沉积层。结果表明，当恒容析锂设置为理论容量的110%时，石墨负极可以保持稳定的长期循环；而且通过析锂调控增大了石墨负极的层间距，即在动力学上有利于Li⁺的传递，能够对沉积的金属锂加以持久的可逆利用。在恒容析锂的制度下，在石墨负极上构建了富含无机物包括LiF的SEI膜，富含LiF的SEI膜具有高强度和高Li⁺通量方面的优点，有利于金属锂沉积时的横向生长，并增大了石墨负极的比表面积和导电性。同时对于析锂前后的 SEI 膜也保持一定的稳定性，限制了金属锂枝晶的生长。石墨半电池在0.5C下900圈的稳定循环具有良好的保持率，这代表通过调控析锂来设计电池是可行的。

图1 低压恒容嵌锂优势示意图

李建玲教授课题组长期以来一直从事新型能源与关键材料的制备改性研究等，对锂离子电池、超级电容器、铝离子电池、钠离子电池等方面具有深入的研究。团队在先进电极材料的研制与改性、材料表征与性能评估方面进行了大量的工作，取得若干具有创新性的成果，相关成果发表在Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、J. Mater. Chem. A、Chem. Eng. J.、Sci. China Mater.、Small、Carbon、J. Electrochem. Soc.、ACS Appl. Mater. Interfaces、J. Power Sources、Nanoscale、Electrochim. Acta 等期刊杂志上，发表SCI收录论文100余篇，并在国际电化学会议及全国电化学会议上发表论文多篇。承担“电化学原理与方法”、“冶金电化学”等本科生与研究生课程。任首届全国燃料电池标准化技术委员会委员，多家期刊评阅人，教育部2008—2009年度科技奖励评审专家。负责国家自然科学基金、863项目、教育部留学回国基金、北京市自然科学基金、国家重点实验室开放基金及企业项目多项，发表期刊论文100余篇，入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”。

Wang P, Xia B, Li J. Synergy effect of regulated Li-plating and functional solid electrolyte interphase on graphite anodes. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6764-5.