锂金属电池！华南理工大学，Nature！

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锂 (Li) 金属电池 (LMB) 有望成为高能量密度可充电电池。然而，高活性锂和非水电解质反应形成的锂枝晶会导致安全问题和容量快速衰减。开发可靠的固体电解质界面对于实现高倍率和长寿命的 LMB 至关重要，但在技术上仍具有挑战性。

在此， 华南理工大学严克友，浙江工业大学陶新永，中国科学院物理研究所李泓、北京航空航天大学郭林等人 在商用含 LiPF ₆ 的 LMB 碳酸盐电解质中添加过量的 m-Li ₂ ZrF ₆ （单斜）纳米颗粒，有助于在施加电压的驱动下将大量 ZrF ₆ ^2– 离子释放到电解质中，转化为 t-Li ₂ ZrF ₆ （三角）并原位创建具有高锂离子电导率的稳定固体电解质界面。计算和低温透射电子显微镜研究表明，原位形成的富含 t-Li ₂ ZrF ₆ 的固体电解质界面显著增强了锂离子的转移并抑制了锂枝晶的生长。

基于此，用 LiFePO ₄ 正极（面积负载，1.8/2.2 mAh cm ^-2 ）、三维锂碳负极（50 µm 厚的锂）和基于 Li ₂ ZrF ₆ 的电解质组装的 LMB 在 3000 次循环（1C/2C 倍率）后显示出大大改善的循环稳定性和高容量保持率（>80.0%）。

图1. Li-C||LFP 电池的电化学性能

总之，该工作确立了m-Li ₂ ZrF ₆ 纳米粒子作为LMB的转化电解质添加剂的作用。形成坚固的双功能富含t- Li ₂ ZrF ₆ 的SEI可显著提高锂离子迁移率、抑制树枝状生长并提高循环性能。施加电压驱动的m- Li ₂ ZrF ₆ 解离可保持ZrF ₆ ²⁻离子的稳定供应，从而实现SEI的自我修复并确保长期稳定性。因此，该工作为在实际高倍率条件下开发耐用的LMB提供了可靠的途径。

图2. m-Li ₂ ZrF ₆ 纳米颗粒在电解液中的工作机理探究

Li2ZrF6-based electrolytes for durable lithium metal batteries , Nature 2025 DOI：10.1038/s41586-024-08294-z

严克友 华南理工大学环境与能源学院教授、环境与能源融合教研所所长、硕士生导师、博士生导师。担任JACS、Nature Communications等权威期刊的审稿人，是纳米材料和新能源领域的青年专家。严教授为美国化学会(ACS)会员，美国材料学会（MRS），和电机电子工程师学会（IEEE）会员。在 Nature，J. Am. Chem. Soc.，Energy Environ. Sci.，Adv. Mater.，Angew. Chem.，Adv. Energy. Mater 等国际学术期刊发表学术论文150余篇，文章被引万余次，多次被学术媒体报道。

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