金属电池因其极高的理论比容量（3860 mAh/g）和最低的还原电位（-3.04 V vs. 标准氢电极），被认为是理想的下一代电池技术。然而，其实际应用受到锂枝晶生长、锂的不可逆损失以及锂源过度消耗等问题的限制，这些问题导致电池安全性降低、循环寿命缩短和能量密度不足。
在此，西北工业大学马越团队提出了一种针对贫锂金属电池（LLMB）模型的锂亲和梯度、层叠界面设计。具体而言，作者通过简便的湿化学方法，将具有可调节锂亲和特性的高熵金属磷化物（HEMP）颗粒分散于还原氧化石墨烯（RGO）中。
此外，通过层转移印刷技术，将与熔融锂以可调节比例混合的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）聚合物形成锂补充顶层（MTL@PH）。这种集成层（HEMP@RGO-MTL@PH）不仅能够实现锂在铜基底上的无枝晶沉积，面容量高达10 mAh cm⁻²，还能在83%放电深度（DOD）下保持对称电池在5 mA cm⁻²的稳定循环。
当将改性铜箔与高镍三元正极（LiNi₀.₈Mn₀.₁Co₀.₁O₂，NCM811，双面涂覆，16.9 mg cm⁻²，N/P比为0.21）配对组装成200 mAh软包电池时，该电池实现了414.7 Wh kg⁻¹的比能量、977.1 W kg⁻¹的功率输出，以及高度可逆的相演变过程，且可通过原位监测进行验证。
图1. HEMP@RGO-MTL@PH-Cu的制备及结构表征
总之，该工作通过将设计有预定锂亲和成分的高熵金属磷化物（HEMP）颗粒嵌入还原氧化石墨烯（RGO）基体中，形成底层，有效降低了锂成核势垒并缓解了机械应力。
此外，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）聚合物与熔融锂混合，作为顶层补充锂源。这种HEMP@RGO-MTL@PH-Cu设计将锂枝晶引发短路的风险降至最低，并使对称电池能够在83%放电深度（DOD）下以5 mA cm⁻²的电流密度可逆运行。
将HEMP@RGO-MTL@PH-Cu与高镍三元正极（LiNi₀.₈Mn₀.₁Co₀.₁O₂，NCM811）配对组装成200 mAh软包电池在100次循环后保持了90.9%的容量保持率，同时实现了414.7 Wh kg⁻¹的比能量和775.6 Wh L⁻¹的体积能量密度，以及高达977.1 W kg⁻¹的功率输出。因此，该工作标志着在设计具有最大化锂利用率的LLMB配置方面迈出了有意义的一步，推动了高比能/高比功率储能解决方案的实际应用。
图2. 电池性能
Lithiophilic-Gradient, Li+ Supplementary Interphase Design for Lean Lithium Metal Batteries, Advanced Materials 2025 DOI: 10.1002/adma.202420255
马越，西北工业大学材料学院，长聘教授。入选陕西省杰青、省百人计划、陕西省科技新星等。主持了多项国家自然科学基金、陕西省重点项目、国际合作交流项目，以第一/通讯作者在Advanced Materials、EES、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Energy Storage Materials、Nano Energy等刊物发表论文100余篇。研究方向主要包含化学电源关键材料的可控制备及界面改性方法，原位/在线相变表征技术，以及表界面反应的演化机制分析等。