景行
一、【科学背景】
无负极锂金属电池（AFLMBs）因摒弃负极活性材料，兼具高能量密度、低成本与结构简化的优势，是下一代储能电池的重要发展方向，但其缺乏负极主体和过量锂源，加之固体电解质界面（SEI）存在微异质性、机械脆性，易引发锂沉积/溶解不均，导致循环寿命极短，成为长期技术痛点。此前报道的该类电池多为50-350 Wh kg⁻¹低能量密度级别，循环仅50-300圈，400 Wh kg⁻¹级电池循环甚至不足80圈，远落后于商用锂离子电池。而传统通过硅碳复合材料、锂金属替代石墨提升锂电能量密度的方案，需复杂的材料工程，制造难度大、成本高，难以规模化，因此开发高能量密度且长循环的实用化无负极锂金属电池，成为该领域亟待突破的核心问题。
二、【创新成果】
近日，西湖大学王建辉教授团队设计出1.6 M LiDFOB/N,N-二甲基三氟乙酰胺（NDFA）电解液（简称BAFF），首次提出交叉耦合界面化学机制，诱导形成亚纳米均匀、高柔性的富B-F聚合物SEI膜，成功实现5.6 mAh cm⁻²锂的可逆平面沉积/溶解。团队制备出2.7 Ah实用化无负极锂金属软包电池，质量能量密度达508 Wh kg⁻¹、体积能量密度1668 Wh L⁻¹，100%放电深度下循环100圈保持80%容量，80%放电深度下循环250圈保持80%容量。该电池倍率与低温性能优异，7C下功率密度达2650 W kg⁻¹，-40℃时仍保持66%的室温容量，死锂生成量极低，单位kWh成本较商用锂电低15~25%，攻克了无负极电极结构不稳定性难题，为其实用化和产业化奠定关键理论与技术基础。
图1 5.6 mAh cm⁻²锂沉积/溶解的形貌与晶体学演变。(a)采用BAFF电解液的2.7 Ah铜||NCM811无负极软包电池前五次充放电曲线。(b)BAFF电解液中第五次充电至4.4 V时沉积锂的冷冻聚焦离子束扫描电子显微镜横截面图像。(c)BAFF电解液（上）和局部高浓度电解液（下）中，第五次充电至满荷电状态时沉积锂的二维掠入射X射线衍射分析结果。(d-h)BAFF电解液中裸铜箔上初始锂沉积/溶解的形貌变化：(d)首次充电至3.6 V、(e)首次充电至4.4 V、(f)首次放电至3.9 V、(g)首次放电至1.0 V、(h)第二次充电至3.6 V。(i-j)锂完全溶解至1.0 V后铜箔的能量色散X射线光谱面扫图像：(i)BAFF电解液体系的首次和第五次循环、(j)局部高浓度电解液体系的首次和第二次循环。© 2026 Springer Nature
作者通过充放电曲线、冷冻聚焦离子束扫描电镜、二维掠入射X射线衍射、扫描电镜及能量色散X射线光谱等表征手段，探究了5.6 mAh cm⁻²锂沉积/溶解的形貌与晶体学演变，证实BAFF电解液下锂能实现高库伦效率的可逆平面沉积溶解，沉积锂致密低孔隙、形成Li(110)定向织构，且锂沉积溶解过程中会形成自适应网状膜，而参比电解液中锂为三维不规则溶解、SEI易破损。
图2固体电解质界面（SEI）的表征结果。(a)BAFF电解液中第五次充电至5%荷电状态时沉积锂的冷冻像差校正透射电子显微镜图像。(b-e)BAFF电解液和局部高浓度电解液中，第五次充电至满荷电状态时沉积锂的原子力显微镜表征结果：(b)高度图像及(c)其分布特征；(d)杨氏模量成像及(e)其分布特征。(f-h)BAFF电解液衍生SEI在第五次完全放电状态下的固体核磁共振谱图：(f)¹⁹F谱、(g)¹¹B谱、(h)¹H谱，通过固体核磁共振动态加权分析区分其中的聚合物与非聚合物组分。(i)锂离子通过不同SEI传输电阻的阿伦尼乌斯曲线。© 2026 Springer Nature
随后，作者借助冷冻像差校正透射电镜、原子力显微镜、固体核磁共振、电化学阻抗谱等技术对BAFF电解液衍生的SEI进行全面表征，明确其为约8 nm厚的无定形富B-F聚合物单一层结构，具备亚纳米级均匀性、高柔性、窄模量分布的特点，且锂离传导活化能低，远优于参比电解液形成的高粗糙度、多相不均的SEI，同时确定了该SEI的聚合物与非聚合物组分占比及核心化学构成。
图3界面形成机制与锂沉积/溶解行为的解析。(a,b)铜||NCM811透明软包电池：(a)结构示意图；(b)采用聚乙烯和锂铝钛磷酸盐隔膜的电池经五次循环后的光学图像。(c,d)无锂铝钛磷酸盐隔膜的铜||NCM811 H型电池：(c)结构示意图；(d)3.9 V和4.4 V时正极液与负极液的¹H和¹⁹F核磁共振谱图。(e,f)含锂铝钛磷酸盐隔膜的铜||NCM811 H型电池：(e)结构示意图；(f)3.9 V和4.4 V时正极液与负极液的¹H和¹⁹F核磁共振谱图。(g)基于BAFF电解液的铜||NCM811电池界面反应机制示意图。(h,i)由SEI性能决定的锂三维(h)与二维(i)沉积/溶解过程示意图。© 2026 Springer Nature
图4自制2.7 Ah、508 Wh kg⁻¹无负极铜||NCM811软包电池的性能表现。(a,b)采用BAFF电解液的无负极锂软包电池循环性能：(a)100%放电深度（2.8~4.4 V）；(b)80%放电深度（3.6~4.3 V）。(c)通过质谱–重水滴定法测定的不同电解液中，死锂和氢化锂对电池容量衰减的贡献占比。(d)采用BAFF电解液的无负极锂软包电池在不同倍率（上）和不同温度（下）下的放电曲线。(e)自制无负极锂软包电池与典型商用储能器件的Ragone图。© 2026 Springer Nature
作者通过设计透明软包电池、有无LATP隔膜的H型电池对比实验，结合NMR等表征手段解析了BAFF电解液的界面形成机制与锂沉积溶解行为，证实该体系依靠阴-阳极自由基中间体的跨膜交叉耦合，实现了阴极析气抑制与阳极富B-F聚合物SEI的形成，同时通过示意图明确了传统SEI引发锂3D不规则沉积溶解、而BAFF衍生的高性能SEI实现锂2D平面可逆沉积溶解的核心原因，阐明了SEI性能对锂沉积溶解模式的调控机理；最后，作者系统测试了自制2.7 Ah、508 Wh kg⁻¹无负极铜||NCM811软包电池的综合性能，验证了其在100%、80%放电深度下均具备远超参比电解液体系的长循环稳定性，通过质谱-重水滴定法明确阳极死锂和氢化锂是容量衰减主因且该体系生成量极低，还展现了电池优异的倍率、低温放电性能，Ragone图进一步证明其功率-能量密度优于多款商用储能器件，充分验证了该技术的实用化价值。
该研究实现了一种高性能无负极锂金属电池，以“Planar Li deposition and dissolution enable practical anode-free pouch cells”为题发表在国际顶级期刊Nature上，引起了相关领域研究人员热议。
三、【科学启迪】
综上所述，该研究通过设计BAFF电解液，提出全新的交叉耦合界面化学机制，构建出高性能富B-F聚合物SEI膜，实现了锂的可逆平面沉积/溶解，成功研制出508 Wh kg⁻¹级实用化无负极锂金属软包电池，攻克了无负极电极固有结构不稳定的核心难题，大幅提升了电池的循环、倍率与低温性能，还具备显著成本优势。该成果为无负极锂金属电池的界面调控提供了新理论与新方法，推动其向实用化迈进。目前该电池已满足无人机、电动飞机等对高能量/功率密度的应用需求，未来若进一步提升快充能力与循环耐久性，有望拓展至电动汽车、大规模储能等领域，为高能量密度储能技术发展提供重要支撑。
原文详情：Liu, L., Xiang, Y., Lu, X. et al. Planar Li deposition and dissolution enable practical anode-free pouch cells. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10402-0
本文由景行撰稿
