导读
随着人们对储能设备需求的日益增加，开发高能量密度的二次电池受到了广泛的关注。金属锂以其低密度、高理论比容量、最低的还原电势等优势成为高性能二次电池电极材料的首选。然而，枝晶生长及其随之而来的电池安全隐患和循环寿命的降低严重困扰着金属锂负极的实际应用。通过原位观测金属锂枝晶生长行为，探究其生长机理与影响因素，有助于提高金属锂电池的安全性、利用率和循环寿命。本文综述了金属锂电池原位观测方面的研究进展，总结了现有的原位实时观测装置，锂枝晶的原位观测现象以及模拟模型，最后对锂金属枝晶原位观测的下一步发展进行了展望。
引言
随着便携式电子设备（手机、笔记本电脑等）、电动汽车等的快速发展，当今社会对储能设备的需求呈现爆炸式增长。目前，以石墨等为负极材料的传统锂离子电池理论能量密度较低，其负极理论比容量仅为372 mA·h/g，在现有的体系上难以再对性能做出大的提升，无法满足日益增长的储能需求。而金属锂作为最轻的金属（0.534 g/cm3），有着极高的理论比容量（3860 mA·h/g）和最低的还原电势（-3.04 V，vs. 标准氢电极）等优势，是下一代高性能二次电池负极材料的最佳选择。将金属锂负极应用于锂硫（Li-S）、锂空气（Li-O2）等电池中，可以获得几倍于现有锂离子电池的理论能量密度。
目录
一、光学显微镜原位实时观测装置
二、电子显微镜原位实时观测装置
三、锂枝晶的原位观测结果
四、锂枝晶生长模型
五、总结与展望
结语
目前，原位实时观测金属锂枝晶常存在以下问题：① 为便于枝晶观察，观测用电池其电极布置、极片间距、电流密度、内部物理压力等诸多关键结构因素和充放电条件都与实际工作电池有很大不同，使得原位观测结果与实际枝晶生长情况存在较大差异；② 枝晶生长的原位观测装置平台多样化，所用沉积基底、电解液等的不同导致实验结果缺乏比较性与重复性。而根据枝晶生长过程的图像与相应的测试数据，研究者们提出的各式各样的模型，可对枝晶生长过程的某一影响因素作出合理的解释，却不能完整地解释金属锂枝晶生长的过程与所有影响因素，均存在局限性。此外，目前关于枝晶的原位观测研究多集中于液态电解质与聚合物电解质，全固态电解质的原位观测研究较少。一方面全固态电解质多呈不透明状，另一方面全固态电解质对枝晶存在机械压制作用，因此难以找到固态电解质中枝晶形貌的规律。随着高分辨率的原位SEM、TEM的推广，枝晶在固态电解质与电极界面的形核过程及其孔隙中的生长过程有望获得更详细的观测。
随着金属锂枝晶研究的不断深入，其复杂的生长机理有望完全揭开，对其更有效的调控手段也有望进一步成功开发。对枝晶的原位观察技术的发展给金属锂电池的研究道路添加了一展明灯，但仍存在很多难以逾越的困难和挑战，更广泛更深入的研究尤为必要。
