中国高校团队突破无负极锂电池寿命瓶颈

据西湖大学19日消息，该校研究团队创新研制“穿梭耦合电解液”，成功突破无负极锂金属电池循环寿命短的关键瓶颈，为高能量密度电池大规模量产迈出坚实一步。

西湖大学工学院王建辉团队于北京时间18日在《自然》(“Nature”)杂志在线发表题为“Planar Li Deposition and Dissolution Enable Practical Anode-Free Pouch Cells”(《平面沉积溶解助力实用无负极软包锂金属电池》)的论文。

无负极锂金属电池因兼具高能量密度、低成本、易组装优势，被视为锂电池领域的“圣杯”，但其循环寿命极短的致命缺陷使其长期停留在实验室原型阶段。

传统无负极电池无额外锂源补充，充电时锂离子易在铜箔集流体表面不均匀沉积形成枝晶，引发副反应并产生“死锂”，导致电池快速衰减，现有产品循环寿命仅10次至150次，远低于商用锂离子电池的800次以上。

王建辉团队历经五年半研究，研发的“穿梭耦合电解液”可实现锂金属高度同步的平面沉积与溶解，从根本上解决枝晶问题。

据王建辉介绍，该电解液能在负极表面形成约8纳米厚、亚纳米级均匀的富硼氟聚合物SEI膜。这层“自适应皮肤”可让锂离子均匀进出，同时适应锂金属的膨胀收缩而不破裂。更关键的是，这层SEI膜由正负极跨空间协同演化形成，突破了传统电解液界面化学理论。

实验数据显示，该团队研发的无负极锂金属软包电池，在无集流体修饰和外源补锂条件下，能量密度达508Wh/kg、1668Wh/L，80%放电深度下稳定循环突破350次，支持2650W/kg超高功率持续放电超130秒，工作温域宽达零下40℃至60℃，单位瓦时成本较商用石墨基锂离子电池可降低15%至25%。质谱滴定分析证实，电池长循环后“死锂”占比仅3.5%，远低于同类先进电解液。

该研究提出的“平面锂沉积溶解机制”，克服了无宿主金属电极结构不稳定的固有缺陷，为超越“嵌入化学”机制的高性能金属电极研发开辟新路径。这一突破有望推动飞行汽车、电动汽车、AR/VR眼镜等领域发展，让飞行汽车实现日常跨城飞行、电动汽车续航翻倍等场景从构想走向现实。(完)