江汉大学第一单位最新Nature communications：具备死锂激活效应的中间层应用于Ah级超高镍锂金属电池

锂金属负极相比传统的石墨负极具有更高的能量密度，并且有着最低的还原电位−3.04 V（vs. SHE），因此被认为是非常有吸引力的下一代负极材料。但是，越来越多的研究表明，锂金属负极在循环过程中伴随着不可控的锂枝晶生长和无限的体积膨胀效应，最终导致死锂累积，使锂金属电池面临热失控的安全隐患，阻碍其实际应用。本文利用原子层沉积技术（ALD），在碳纳米管表面构筑“温和”亲锂位点，设计出超薄高导电中间层，首次提出“温和”锂吸附位点可优化锂沉积行为，并协同三维导电网络激活“死锂”，为高能量密度锂金属电池的产业化提供了新思路，有助于锂金属负极领域的研究及实际应用。

近日，江汉大学李兆槐、李煜宇、解明教授团队联合浙江大学陆俊教授以及美国阿贡国家实验室李坚涛研究员，在国际知名期刊Nature communications上发表题为“Industrializable interlayer with catalytic conversion of dead lithium for Ah–level Nickel–rich lithium metal batteries”的研究论文。该工作分析了锂金属电池中不可控锂枝晶生长和死锂积累在锂金属电池应用中的危害，并设计出超薄高导电中间层，基于该材料组装的超高镍（Ni90）锂金属软包电池能量密度突破380 Wh kg⁻¹（整包电池）。

传统石墨负极的应用已经接近其理论容量的极限（372 mAh g⁻¹），锂金属负极因其较高的理论比容量（3860 mAh g⁻¹）和最低的还原电位−3.04 V（vs. SHE）被视为负极材料中的“圣杯”。但锂金属本身的高化学/电化学反应活性导致其在电化学沉积/剥离过程中极易发生针状锂枝晶的生长，使锂金属电池面临内短路的安全隐患。解决方法大致有几类：设计功能型电解质，构筑人工固态电解质界面层（SEI）以及其他类型能够引导锂沉积材料的设计。

在针对锂金属负极的诸多改良策略中，现有研究主要集中于调控锂沉积行为，而充放电循环过程中产生的“死锂”累积问题常被忽视。这种忽视不仅导致电池循环寿命与能量密度降低，更会因“死锂”持续积聚引发局部电流分布异常和热失控风险，造成严重安全隐患。本研究提出将三维高导电网络与“温和”锂亲和位点协同整合的创新策略：该结构在引导锂金属均匀沉积的基础上，关键在于能够高效催化“死锂”的电化学再活化，使其重新参与后续循环。该机制不仅显著提升了电池的长循环稳定性与能量密度保持率，更通过抑制锂枝晶生长和界面副反应，从根本上增强了电池的本征安全性。

目前，学术界和产业界对锂金属电池中“死锂”的积累机制及其影响的认知与研究仍存在不足，这将是未来研究中亟待深入探索的关键方向。活性金属锂的不可逆损耗不仅直接导致电池循环寿命的衰减，更严重削弱了锂金属负极固有的高能量密度优势。同时，“死锂”的持续积累会显著增加电池的热失控风险，构成潜在的安全隐患，严重威胁使用者的生命安全。因此，系统阐明锂金属负极中“死锂”的形成、积累及其动态转化机制，对于指导未来高性能锂负极的设计（包括材料选择和电极结构优化）以及界面调控策略至关重要。这项基础研究是实现兼具高安全性、高能量密度锂金属电池商业化应用的核心前提，最终将加速该技术更好地服务于人类社会。

李兆槐副教授简介：湖北省高层次人才，主要从事锂电池电极材料合成、材料表界面原子制造、先进表征及高性能电化学器件研制等研究。李兆槐目前以第一/通讯作者身份在Adv. Mater. (3), Nat. Comm. (1), Angew. Chem. (1), Adv. Sci. (1) 等国际知名期刊发表论文10余篇，获国家授权发明专利7项，牵头制定《超级电容器纸》团体标准。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划颠覆性技术创新重点专项子课题、国家工业与信息化部高质量发展专项、宁波市揭榜挂帅挑战项目等多项国家、省部级课题项目，研究经费逾900万元。获中国生产力促进中心协会创新发展一等奖、中国化工学会科学技术二等奖等国家一级学会及行业协会科技奖8项。

李煜宇副教授简介：武汉市“武汉英才”优秀青年人才，武汉市“五一劳动奖章”获得者。李煜宇在粉体原子层沉积（ALD）包覆技术在锂/钠离子电池中的应用研究中取得了一系列进展，在Nat. Comm., Angew. Chem., Adv. Sci.、Small Methods等国际知名期刊上发表相关论文40余篇，获批发明专利7项，主持国家重点研发计划颠覆性技术创新重点专项子课题、国家自然科学基金青年基金等各级项目4项。李煜宇利用基于ALD的精准纳米薄膜包覆掺杂对锂离子电池和钠离子电池关键材料进行修饰改性并进行产业放大，已在华为、宁德时代、容百等大型企业得到应用，作为重要参与人的成果获得湖北省科技进步二等奖等省部级、全国一级学会和国家级行业协会科技进步奖10项。

解明教授简介：国家海外高层次人才特聘教授、湖北省特聘专家、国务院重点华侨华人创业团队带头人。先后在美国能源部阿贡国家实验室、科罗拉多大学、新能源国家实验室、江汉大学，主要从事微纳颗粒表界面原子层级制造技术和纳米纤维隔膜的研究与应用。目前，解明教授在国际知名杂志上发表论文50余篇，参与/主持工信部、科技部和省级多项颠覆性重点研发计划、重大专项，研究经费近4000万元。牵头建立《原子层沉积粉体包覆设备》团体标准和《超级电容器纸》行业标准。获授权发明专利57项。获得省部级科技奖一等奖2项、二等奖8项，其他创新创业类奖项20余项。创办的公司融资超过1亿元，估值4.5亿元。

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沈华森：博士研究生、研究方向为锂金属/固态电池的材料制备合成及机理研究。以第一作者身份在Nat. Commun.等期刊发表SCI论文4篇，获得国家级奖项4项，申请专利5篇。作为项目负责人参加“中国国际大学生创新大赛（2024）”，获产业赛道全国银奖。