西湖大学研发穿梭耦合电解液 突破无负极锂电池核心技术瓶颈

近日，记者从西湖大学获悉，该校工学院团队成功研制出穿梭耦合电解液，通过实现锂金属高度同步的平面沉积与溶解，有效突破了无负极锂电池循环寿命短的核心瓶颈，为极高能量密度电池的研发与应用奠定了坚实基础，彰显了我国在新能源电池领域的自主创新实力。

很多人对“无负极锂电池”存在认知误区，其实它并非没有负极，而是在制造过程中舍弃任何负极活性材料，仅保留一块铜箔作为负极的集流体。这种电池凭借高能量密度、低成本、易组装的显著优势，成为新能源电池领域的研究热点，但循环寿命极短的致命缺陷，使其长期局限于实验室研究阶段，难以实现产业化应用。

无负极锂电池的循环寿命难题，核心症结在于充电过程中“枝晶”的产生。充电时，锂离子容易在负极铜箔表面不均匀沉积，形成杂乱无章、类似树枝形状的“枝晶”，这一现象会带来多重隐患：“枝晶”生长过长可能刺穿正负极之间的隔膜，引发电池短路起火，存在严重安全风险；同时，“枝晶”会与电解液发生副反应，消耗电池内部本就有限的锂资源；更关键的是，“枝晶”从根部断裂后，会形成无法再参与充放电过程的“死锂”，大幅缩短电池循环寿命，降低电池性能。

为破解这一行业难题，西湖大学工学院团队展开了长期持续的攻关研究。团队从2020年开始取得关键突破，发现一类含酰胺基团的溶剂表现出优异的性能，用其配制的电解液在纽扣电池测试中，锂沉积与溶解效率显著高于对照组，还能支持高电压锂电池稳定循环，为后续技术研发找到了重要突破点。

以这一发现为基础，研究团队经过反复试验与优化，成功研制出穿梭耦合电解液，并在更贴近实际应用场景的软包电池中完成了全面验证。这款电解液的核心优势的是，能在负极铜箔表面形成一层约8纳米厚、亚纳米级均匀的富硼氟聚合物SEI膜，这层类似“自适应皮肤”的薄膜可让锂离子均匀进出，同时能适应锂金属的膨胀收缩而不破裂，更关键的是，这层SEI膜由正负极跨空间协同演化形成，突破了传统电解液界面化学理论。

正是这一创新设计，让锂离子在铜箔表面实现了高度可逆的平面沉积与溶解，从根源上避免了“枝晶”的产生，进而大幅减少了副反应和“死锂”的形成。经质谱滴定分析证实，这款无负极锂电池长循环后“死锂”占比仅3.5%，远低于同类先进电解液，从根本上解决了制约无负极锂电池发展的核心痛点。

多项实验数据充分印证了该技术的卓越性能：在无集流体修饰、无外源补锂的条件下，这款无负极锂电池的能量密度达到508Wh/kg、1668Wh/L，是当前商用电池的近两倍；在80%放电深度下，可稳定充放电循环突破350次，能在2650瓦时每千克的超高功率下持续放电超130秒，工作温域宽达零下40℃至60℃，适配多种复杂使用场景；同时，其单位瓦时成本较商用石墨基锂离子电池降低15%—25%，具备极强的产业化应用优势。

该团队的这项研究，不仅成功突破了无负极锂电池的核心技术瓶颈，更提出了“平面锂沉积溶解机制”，克服了无宿主金属电极结构不稳定的固有缺陷，为研发高性能金属电极开辟了全新路径，也为极高能量密度电池的大规模量产提供了坚实的理论支持和技术支撑。

这项技术突破意义深远，有望推动飞行汽车、电动汽车、AR/VR眼镜等多个领域的技术升级，让飞行汽车日常跨城飞行、电动汽车续航翻倍等场景从构想走向现实。西湖大学团队的创新成果，进一步提升了我国在新能源电池领域的核心竞争力，为我国新能源产业高质量发展注入了强劲动力，也为全球新能源技术创新贡献了中国智慧。