黄建宇教授团队在锂金属电池领域取得重要进展

近日，材料科学与工程学院黄建宇教授团队在固态电池领域取得重要进展，研究成果以《宿主-催化-界面工程的三功能协同实现超稳定锂金属电池》（Trifunctional Synergy of Host-Catalysis-Interface Engineering for Ultrastable Lithium Metal Batteries）为题，发表在国际顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials，IF=29.1）。在读博士研究生刘雪婷为论文第一作者，材料科学与工程学院王钢副教授和粟劲苍教授为论文共同通讯作者，我校为论文唯一完成单位。

超薄锂金属电池能量密度高、安全性好，但锂沉积/剥离可逆性差及电极/电解液界面不稳定制约其应用。现有策略包括电解液优化、人工SEI和集流体/宿主设计，其中宿主设计通过三维结构、亲锂性、Li⁺传输与成核调控、稳定SEI及缓解体积变化促进均匀沉积。然而，当前研究多聚焦负极，正极界面及正负极串扰关注不足。富镍层状正极虽具高比容量和高电压，但过渡金属（TM）溶解、晶间裂纹和串扰加速容量衰减；TM迁移至负极会破坏SEI、催化副反应，导致非均相锂沉积和活性锂损失。因此，在实际LMB体系中，交叉研究正负极间相互作用，尤其在高面容量、高电流密度和高电压条件下同时实现可逆锂沉积/剥离与稳定CEI/SEI，以减少不可逆活性锂损失，已成为亟待解决的重要课题。

鉴于此，团队创新性地通过将单原子Zn和Ag纳米团簇双活性中心功能化的三维导电骨架与预锂化工程结合，设计了一种结构化三维宿主（Zn₁-Ag_n@CP）。该设计不单纯依赖“亲锂位点”改善成核，而是耦合三类功能：三维宿主提供锂沉积空间；Zn₁-Ag_n@CP诱导形成富无机SEI并抑制枝晶生长；Ag团簇催化溶剂分解形成致密CEI，Zn-N_x锚定迁移的过渡金属离子以限制其迁移、增强正极结构稳定性，从而同步稳定负极SEI与正极CEI并抑制正负极串扰。因此，Zn₁-Ag_n@CP实现了可逆Li沉积，以99.91%的高库仑效率稳定循环900圈。与LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极配对时，在N/P=1.33条件下，Li-Zn₁-Ag_n@CP||NCM811在5 C下以99.58%的库仑效率循环1000圈后仍保持可观的可逆容量，凸显了“宿主-催化-界面”协同策略对高倍率超薄LMBs的有效性。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.75023