本网讯 近日，中南大学粉末冶金国家重点实验室陈立宝教授团队先后在材料科学领域国际顶级期刊《先进材料》（Advance Material）和《德国应用化学》（Angewandte Chemie）上发表最新研究成果：通过锂负极体相结构设计和人工固态电解质保护层，解决了锂金属负极循环性能差的问题，为发展实用化、高比能、长寿命锂金属电池提供了新思路。

由于极高的理论比容量（3860mAh g^-1）和最低的电极电势（-3.04 V），锂金属是下一代高能量密度电池最具潜力的负极材料。然而锂金属负极在循环过程中巨大的体积变化和超高的反应活性，导致不可控的枝晶生长，进而使得锂金属负极库伦效率低、循环性能差，甚至具有安全隐患，这严重阻碍了锂金属负极的实际应用。

此项研究通过将锂硼合金与网格骨架复合，构建了具有枝叶型亲-疏锂双骨架结构的复合锂负极，双骨架结构调控了电极表面电场和锂离子流分布，同时网格微区的物理限域作用，抑制了锂溶解/沉积过程中的局部缺陷扩散，从而极大地提升了电极循环寿命。值得一提的是，该复合锂负极在2 mA cm^-2和1 mAh cm^-2的条件下实现了99.95%的高库伦效率，在已有的相关工作中处于领先地位。该研究实现了锂负极骨架结构性和功能性的有机结合，为高效能的复合锂负极制备提供了新方案。

另一方面，团队开发了一种基于聚苯乙烯马来酸酐（P(St-MaI)）的反应性聚合物，发现它含有的羧酸和环醚分子可以与锂原位形成人工聚合物固体电解质界面（APSEI）。而且这种APSEI可以适应体积变化并保持良好的界面接触,有助于诱导均匀的锂离子沉积。此外，苄基环的存在使聚合物具有较高的机械强度，在抑制锂枝晶生长方面发挥了关键作用，保障了锂金属负极的稳定循环。基于该APSEI层的对称电池在1 mA cm^-2和1 mAh cm^-2的条件下可稳定循环900小时以上，并且磷酸铁锂做正极的全电池在碳酸酯电解液中以1C倍率循环930次后容量保持率为96%。这种APSEI的创新策略有望推广应用于其它金属负极材料。

（a）枝叶型亲-疏锂双骨架结构的复合锂负极制备方法；（b）基于聚苯乙烯马来酸酐（P(St-MaI)）的人工聚合物固体电解质界面制备方法。

随着我国“双碳”战略的实施，高性能电池的发展刻不容缓。该研究解决了锂金属负极的实用化瓶颈问题，将对高能量密度锂金属电池的发展起到极大的推动作用。截至目前，陈立宝教授团队研发的锂金属负极材料在特种锂电池方面的应用已进入产业化阶段。

（一审：张旭 二审：邓皓迪 三审：李殷）