再发Nature！华南理工学者在锂金属电池领域获重大进展
再发Nature！华南理工学者在锂金属电池领域获重大进展
论文截图
华南理工大学严克友教授团队在高能量密度锂金属电池领域取得重大突破。该团队针对锂金属负极在碳酸酯电解液的界面稳定性难题，创新性地使用单斜相m-Li2ZrF6纳米颗粒作为添加剂，在锂金属负极表面构建了基于三方相t-Li2ZrF6的固态电解质界面。这一突破性成果为新一代高性能锂电池的研发和制造提供了关键技术支撑，有望推动新能源汽车和光伏储能等领域的发展。
研究背景与挑战
锂金属电池因其极低的电化学还原电位和超高的理论比容量，被视为最有潜力的下一代电池候选者。然而，目前基于碳酸酯基电解液体系的锂金属电池存在诸多问题，如固态电解质界面不稳定、锂枝晶生长、循环寿命短等。如何构建同时具有高电子绝缘性、高离子电导率和高化学稳定性的理想型固态电解质界面，一直是该领域的关键难题。
创新策略与机理
研究团队基于理论计算，验证了以t-Li2ZrF6晶体构建理想型固态电解质界面的可行性。他们首次提出用电场驱动m-Li2ZrF6转化为t-Li2ZrF6来构筑固态电解质界面的策略。这一策略不仅能够阻止电子击穿固态电解质界面，抑制电解液分解，还能为Li+提供快速迁移通道，提高倍率性能。此外，t-Li2ZrF6晶体表面丰富的亲锂位点能够诱导锂金属均匀沉积，抑制锂枝晶生长，从而提高电池安全性。
该工作创新点和作用机理示意图
实验验证与应用前景
实验结果显示，基于m-Li2ZrF6纳米添加剂的锂金属电池在普通商业碳酸酯电解液中，能够在2C的倍率下稳定循环3000次，且保持80%以上的容量。这一突破性成果为锂金属负极界面保护提供了新的研究材料和思路。由于m-Li2ZrF6纳米颗粒的合成工艺简单，具备大规模生产条件，为锂金属电池的广泛应用提供了可行方案。
项目团队与支持
该研究历时2年5个月，经过4轮审稿修改，最终发表在Nature上。论文第一完成单位为华南理工大学，徐庆帅博士为第一作者，丘勇才、严克友教授领导了该项目团队，严克友为通讯作者。昆明理工大学李坦副教授、温州大学居治金教授为共同第一作者。浙江工业大学陶新永教授、中国科学院物理研究所李泓研究员、北京航空航天大学郭林教授为共同通讯作者。该工作得到了海外高层次人才计划、国家自然科学基金和重点研发计划，广东省创新创业团队及青年拔尖人才计划、兴华人才计划的基金支持。
这项研究是华南理工大学严克友教授团队在锂金属电池领域的又一重大突破。此前，该团队已成功制备全球首个2端全无机钙钛矿叠层电池，相关成果同样发表在Nature上，受到各界关注。