针对锂金属电池在商业碳酸酯电解液中运行时，面临的枝晶生长和库仑效率低等关键问题，同济大学研究团队首次开发出一种用于锂金属电池的电解液添加剂“新家族”。9月2日，国际顶级期刊《自然·材料》（Nature Materials）在线发表了同济大学材料科学与工程学院马吉伟教授团队的这一研究成果，论文题目为“In situ p-block protective layer plating in carbonate-based electrolytes enables stable cell cycling in anode-free lithium batteries”。 

锂金属电池因其有望实现高达500 Wh Kg-1的能量密度，被认为是最具潜力的下一代高比能二次电池。然而，当前技术中锂金属的过量使用不仅降低了电池的实际能量密度，而且增加了制造成本并带来了安全隐患。针对这些挑战，无负极锂金属电池被认为是一种极具吸引力的替代方案。在这种体系中，所有锂均来自正极材料，从而可以将电池的能量密度提高至极限，同时降低制造成本。然而，由于锂总量有限，且在沉积与剥离过程中不断损失，因此无负极电池通常展现出较差的循环稳定性，严重限制了其实际应用。

鉴于此，马吉伟教授团队基于界面调控对其开展了研究，首次开发了能够在商业碳酸酯电解液中应用的P区金属添加剂“新家族”。该团队以辛酸锡添加剂作为研究模型，证实了在碳酸酯电解液中，辛酸根基团能够优先吸附在铜基底上，诱导形成非碳酸酯基的保护层，从而抑制副反应的发生并有助于形成均匀的锂沉积。同时，锡离子在初始阶段可优先形成稳定的亲锂合金层，增强铜基底对锂的亲和性。在该添加剂辅助下，采用商业碳酸酯电解液的无负极锂金属软包电池展现出良好的循环稳定性，库伦效率高达约99.1%。此外，研究团队也证实了这一家族添加剂同样适用于其它碱金属电池（如钠金属电池），具有高度的普适性。

添加剂在锂沉积过程中的作用机制

同济大学为论文第一完成单位，马吉伟教授、Peter Strasser教授、黄云辉教授和伽龙教授为论文通讯作者，团队成员石捷（硕士）、Toshinari Koketsu博士、朱正录博士和杨孟昊特聘研究员为共同第一作者。该研究工作得到国家自然科学基金项目的资助。

近期，马吉伟教授团队还在基于不饱和氧浓度调控构筑新型无铂氧化物催化剂方面取得了重要突破，相关研究成果以“Stabilization of layered lithium-rich manganese oxide for anion exchange membrane fuel cells and water electrolysers”为题发表于国际顶级期刊《自然·催化》（Nature Catalysis）。 

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41563-024-01997-8 

https://www.nature.com/articles/s41929-024-01136-1