为锂金属电池穿上“导航甲”，西交大团队突破快充瓶颈！

如今，这一困局有望被打破。西安交通大学郗凯教授团队独辟蹊径，利用一个基础而强大的工具——电负性，为狂野的锂离子打造了一套精准的“导航系统”，成功钳制了枝晶的生长，将实验室的“理想材料”向实际应用的“可靠核心”推进了一大步。

瓶颈：锂金属的“生长之痛”

锂金属负极拥有无与伦比的理论容量和极低的电化学电位，是下一代高能量密度电池的理想选择。然而，由于其“无宿主”的特性，锂在沉积时极易形成杂乱无章的枝晶。

这些枝晶不仅会刺穿电池隔膜，导致短路，还会引发剧烈的体积膨胀、界面不稳定和电解液的持续消耗。尽管科研界提出了人工保护层、合金化等多种策略，但大多停留在“经验性修补”，缺乏一个能从原子层面统一调控界面环境的普适性理论框架。

破局：唤醒“沉睡”的关键物理量

西安交大团队将目光投向了化学中的一个基本物理量——电负性。它描述了原子吸引电子的能力，却从未在锂金属电池界面工程中被系统性地开发为关键设计参数。

“理论上，提升材料表面的电负性，就像增强了它的‘亲和力’，能够更强烈地吸引带正电的锂离子（Li⁺），同时排斥阴离子。”研究团队解释道，“这一过程可以加速锂离子的脱溶剂化，均匀化界面处的离子分布，从而引导锂进行平整、致密的沉积。”

创新：设计高电负性“导航界面”

基于这一思想，研究团队精心设计了二维MXene材料的表面端基，构建出具有高电负性和亲锂性的限域界面。通过计算筛选，他们发现富含氧端基（-O）的MXene（Ti₃C₂Oₓ）表现出最优的锂吸附能力和电荷分布，为均匀引导锂离子沉积打下了坚实基础。

这套“离子导航系统”带来了多重效益：

均匀离子流：像交管中心一样，将原本混乱涌向电极的锂离子流梳理得井然有序，从根本上避免了枝晶的萌生。

促进稳定SEI：诱导形成了富含Li₂O的固体电解质界面（SEI）。这种界面机械强度高、离子电导率好，如同给负极穿上了一身坚固且灵活的“铠甲”，能有效保护内部的锂金属。

提升反应动力学：显著降低了锂离子穿过界面的能垒，使得电池具备优异的快充能力。

成效：实验室数据迈向商业应用潜力

该设计展现出惊人的性能：

在半电池测试中，实现了1600次循环后仍保持99.41% 的超高库仑效率（意味着每次充放电的锂损耗极低）。

组装的锂金属对称电池稳定运行超过1600小时，展现出卓越的循环寿命。

与商业化的磷酸铁锂（LFP）正极组装成1 Ah软包电池，在贫电解液条件下，能量密度高达238.06 Wh·kg⁻¹，并支持5C快充（3000次循环容量衰减极缓）。

与高能量密度的NCM811正极搭配，同样表现出优异的循环稳定性（750次）。

展望：为下一代电池锻造强健“心脏”

该项研究不仅成功制备了高性能的锂金属电池，更重要的是提供了一种全新的界面设计范式——电负性工程。它将材料筛选从经验试错推向理论指导，为未来开发更高效、更安全的金属电池打开了新的大门。

随着创新步伐的加快，锂金属这一“材料圣杯”的产业化应用正变得愈发清晰。可以预见，由我们自主创新技术驱动的、能量密度更高、充电速度更快的下一代电池，即将为我们的生活和出行注入全新动能。