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近日，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了显著进展，相关研究成果以“Li2ZrF6 based electrolytes for durable lithium metal batteries”（六氟锆酸锂基耐用型锂金属电池）为题，发表在国际顶级学术期刊Nature上。这是继该团队在无机钙钛矿叠层光伏领域实现突破后，再次在国际舞台上展现其科研实力。
此次研究中，严克友团队针对锂金属负极在碳酸酯电解液中的界面稳定性难题进行了深入探索。他们利用单斜相m-Li2ZrF6纳米颗粒作为添加剂，成功在锂金属负极表面构建了基于三方相t-Li2ZrF6固态电解质界面。这一创新策略不仅提升了锂金属电池的电化学性能，还实现了电池在高载量、低N/P值和超高倍率下的稳定循环。实验结果显示，该电池能够在2C的倍率下循环3000次后，仍能保持80%的容量，达到了同级别最高水平。
m-Li2ZrF6纳米颗粒的合成工艺相对简单，具备大规模生产的潜力，这为锂金属电池的广泛应用提供了切实可行的解决方案。该成果不仅为研发新一代高性能锂电池提供了新的关键技术，还有望推动新能源汽车以及光伏-储能一体化等领域的发展。
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，被视为下一代电池的有力候选者。然而，目前的商业电解液体系与锂金属负极的兼容性仍存在挑战，主要体现在无法形成稳定的固态电解质界面。这一问题不仅会导致锂枝晶的生长，增加电池爆炸的风险，还会严重影响电池的循环寿命。
该工作创新点和作用机理示意图
针对这一难题，严克友团队通过理论计算验证了以t-Li2ZrF6晶体构建理想型固态电解质界面的可行性，并首次提出了用电场驱动m-Li2ZrF6转化为t-Li2ZrF6来构筑固态电解质界面的策略。实验表明，这一策略凭借优异的电子绝缘性阻止了电子击穿固态电解质界面，进而抑制了电解液的分解。同时，t-Li2ZrF6为锂离子提供了快速迁移的通道，提高了电池的倍率性能。此外，t-Li2ZrF6晶体表面的亲锂位点能够诱导锂金属均匀沉积，有效抑制了锂枝晶的生长，从而提升了电池的安全性。
值得一提的是，过量m-Li2ZrF6添加剂的引入不仅解决了传统添加剂在循环中被耗尽的问题，还能够通过ZrF6²⁻离子及时修复破损的固态电解质界面，为锂金属负极的界面稳定性提供了长期保护。这一创新点为锂金属负极界面保护提供了新的研究材料和思路。
（中国日报社广东记者站 李文芳|刘伊维）
来源：中国日报网