西湖大学王建辉团队发表Nature！

随着电动汽车和便携电子设备的快速发展，对高能量密度电池的需求日益迫切。传统锂离子电池受限于石墨负极的理论容量（约280 Wh kg⁻¹），难以满足未来应用需求。无负极锂金属电池（AFLMB）由于在制造过程中不添加负极活性材料，理论上可实现最高的能量密度，同时降低单位能量成本。然而，这类电池长期面临循环寿命短的挑战——缺乏过量的锂资源和负极宿主结构，加上固体电解质界面膜（SEI）的微观不均匀性和机械脆性，导致锂沉积/溶解不均匀，严重制约了其实际应用。

2026年3月17日，《Nature》期刊在线发表了西湖大学工学院王建辉团队题为《Planar Li deposition and dissolution enable practical anode-free pouch cells》的研究论文。该研究通过设计一种交叉耦合电解质（BAFF），实现了锂金属的平面沉积/溶解，成功构建了能量密度达508 Wh kg⁻¹、循环寿命显著提升的无负极软包电池。

研究团队首先通过数学模型精确设计电池参数，选用5.6 mAh cm⁻²的面容量、10层电极堆叠和1.5 g Ah⁻¹的电解液/容量比，成功组装了2.7 Ah的软包电池。BAFF电解质由1.6 M二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）溶于N,N-二甲基三氟乙酰胺（NDFA）构成，具有低密度（1.36 g cm⁻³）、适宜粘度（7.04 mPa·s）和宽温区高离子电导率（-40至60°C下0.5-14.2 mS cm⁻¹）的特性。

在5.6 mAh cm⁻²的高面容量下，BAFF电解质实现了高度可逆的锂沉积/溶解。低温聚焦离子束扫描电镜显示，沉积的锂层厚度为28 μm，接近理论值27 μm，孔隙率仅1.6%，远低于对比电解质。二维掠入射X射线衍射证实了Li(110)织构化生长，表明BAFF有效克服了铜基底对锂沉积的不利影响。

扫描电镜和原子力显微镜观察揭示了独特的形貌演化过程：初始充电时形成均匀的锂核（~200 nm），随着充电进行生长为5-8 μm的大晶粒；放电过程中，锂溶解在每个晶粒表面形成半球形凹坑，完全放电后留下自适应的网状薄膜结构。这种平面（二维）沉积/溶解行为确保了循环过程中电极结构的稳定性。

透射电镜分析表明，BAFF衍生的SEI厚度约8 nm，主要为无定形结构，表面粗糙度仅0.7 nm，杨氏模量3.15 GPa且分布狭窄。固态核磁共振谱显示，SEI中79.5%的氟和69.7%的硼存在于聚合物组分中，形成富含B-F基的聚合物界面层，具有亚纳米均匀性、优异柔韧性和快速锂离子传输特性。

通过H型电池、原位电子顺磁共振和核磁共振谱分析，研究揭示了交叉耦合的界面化学机制：负极产生的酰胺自由基中间体与正极产生的·BF₂自由基发生跨电极传输和反应，形成聚合物-rich SEI的同时抑制了气体产生。这种全新的界面形成机制从根本上区别于传统的单极性界面化学。

采用BAFF电解质的2.7 Ah无负极软包电池（508 Wh kg⁻¹，1668 Wh L⁻¹）在100%放电深度下循环100次后仍保持80%容量，平均库仑效率99.6%；在80%放电深度下循环250次容量保持80%。相比之下，采用对比电解质的电池寿命仅为18-55次。质谱滴定分析显示，容量损失主要来自死锂（仅占3.5%）和氢化锂（0.43%），远低于对比体系。

该电池展现出优异的倍率性能和宽温区适应性：在5C（28 mA cm⁻²）放电倍率下可保持41%容量，功率密度达1998 W kg⁻¹；在-40°C低温下仍能释放66%的室温容量。与商用储能器件相比，该电池同时实现了高能量密度和高功率密度。这种交叉耦合界面化学策略为解决无负极锂金属电极的结构不稳定性提供了新思路，有望推动其在无人机、电动飞机等领域的实际应用。

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