对锂电池来说，放电时锂会被氧化成离子进入电解质最终抵达正极；重新充电时，这些锂离子会再沉积到锂金属负极的表面。

　　但是这种沉积往往不均匀，随着锂电池的频繁使用，锂金属表面会长出针状或树枝状的锂枝晶。枝晶生长得过长就会折断，不再参与反应，给电池体系带来不可逆的容量损失；最危险的是，长大的枝晶会刺破电池正负极之间的隔膜，造成短路，埋下电池过热自燃或爆炸的安全隐患。

　　锂电领域里，如何做到“鱼与熊掌兼得”？如何通过提出新原理、新体系、新方法，实现能量密度更高、更安全、充电更快的储能过程？这些都是锂电领域未来面临的挑战。

　　在这样的形势下，涌现出了锂硫电池、锂空电池、钠离子电池等许多新体系电池。新材料的不断产生，也给这些新体系的发展带来了新机遇。

　　延伸阅读

　　我国锂电研究者正在开展大量原创工作

　　中美日韩德英等国都制定了各自的电池发展战略，以期推动电池原理的创新以及核心技术的开发，支撑当代社会的可持续发展。我国锂电研究者们在国家和社会的支持下，围绕高效能量存储这个不变的“初心”，持续开展科学研究。

　　目前锂电池领域主流研究方向仍聚焦在寻找更安全高效的负极材料。由笔者带领的清华大学研究团队从2013年开始，在金属锂负极形核和无枝晶生长领域开展了原创性的科学研究。

　　研究发现，在金属锂负极中添加具有亲锂性的掺氮碳骨架，让电池中游离的锂离子在充电初始，就像小蝌蚪找妈妈一样，优先奔向青蛙妈妈——掺氮位点，在电池中形成均匀分布的金属锂“小团体”；在充电过程中，“小蝌蚪和青蛙妈妈”的“小团体”继续“抱团”。这种均匀沉积的行为可以避开以往形核少而产生的金属锂枝晶生长。

　　基于上述成果的论文2017年被化学领域顶级期刊《德国应用化学》选为封面，今年还入选了由北京市科学技术协会主办的“北京地区广受关注学术论文”评选活动。研究团队在上述能源化学机理的基础上，进一步设计了碳锂复合负极。这些复合金属锂负极不仅避开了“危险的枝晶”，还表现出了优异的电化学性能，有效提升了金属锂负极的利用效率和安全性，也为基于金属锂的二次电池提供了新的实用化探索思路和更广阔的应用前景。