近日，昆明理工大学材料科学与工程学院胡劲教授、熊仕昭教授在能源材料领域知名期刊《Advanced Energy Materials》上发表题为“Hierarchical Lithiophilic Structure Based on Liquid Metal Nanodroplet Enables High Coulombic efficiency in Anode Free Lithium Metal Batteries”的研究成果。青年教师王恺钊为第一作者，昆明理工大学材料科学与工程学院为唯一作者单位。

随着对可充电电池能量密度要求的不断提升，锂金属负极因其极高的理论比容量（3860 mAh g⁻¹）和最低的电化学电位（-3.04 V vs. SHE）而受到广泛关注。然而，实际应用中常需使用过量锂箔以补偿活性锂损失，导致锂利用率低、电池整体能量密度下降。无负极锂金属电池（AFLBs）中，锂离子全部来自正极并直接沉积在集流体上，理论上可最大化能量密度并减少锂浪费，因此成为下一代高能量密度储能体系的研究热点。然而，AFLBs面临严峻挑战：传统平面铜集流体表面具有疏锂特性，导致锂形核不均匀、枝晶生长，进而引发库仑效率低、体积膨胀大、不可逆锂损失严重，循环寿命极短。为应对这些问题，研究者已尝试引入人工SEI层、亲锂涂层和三维导电骨架等策略，但这些方法普遍存在高电流下易失效、锂优先沉积于外表面而非内部孔隙等问题，难以满足实际应用需求。

该工作设计了一种锂宿主材料（CF@GaInSn@C）。该结构有效容纳了电极体积变化，并实现了高度稳定的锂沉积/剥离行为。液态金属纳米液滴作为原子级复合的核心，提供大量低扩散势垒的亲锂位点，促进均匀的锂成核和横向传质。这一机制有助于在CF@GaInSn@C宿主的内部孔隙中实现致密且均匀的锂沉积。在半电池中，该材料表现出优异的可逆性，在2 mA cm⁻²和2 mAh cm⁻²条件下循环1500圈，库仑效率保持在99.83%。此外，与NCM811正极匹配的无负极全电池在0.5 C下循环100圈后，平均库仑效率达到99.48%。本工作展示了一种基于液态金属纳米液滴调控锂沉积的有前景的结构设计策略，凸显了其在高性能无负极锂电池中的巨大应用潜力。

该研究工作得到国家自然科学基金、云南省科学技术厅青年基金和昆明理工大学“双一流”创建联合专项面上项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1002/aenm.70964