鋰金屬負極為高能量密度的鋰金屬電池（LMBs）提供了一個有前景的解決方案。然而，由于枝晶沉積和固體電解質(zhì)界面的破壞，鋰金屬在充電過程中的顯著體積膨脹導(dǎo)致循環(huán)穩(wěn)定性較差。

南方科技大學(xué)鄧永紅、常建、香港理工大學(xué)鄭子劍等提出了一種簡單的一步法輥對輥制備零體積膨脹鋰金屬復(fù)合負極（zeroVE-Li），以實現(xiàn)高能量密度LMB的出色電化學(xué)和機械穩(wěn)定性。

圖1. 材料制備及表征

通過采用一步滾壓法，將電子絕緣介孔聚合物層和親鋰合金層嵌入超薄金屬化碳纖維墊的上下兩面，很容易地制備zeroVE-Li。上面的電子絕緣層和下面的親鋰層可以協(xié)同促進鋰離子的深層遷移和自下而上地在zeroVE-Li內(nèi)部沉積出均勻而致密的金屬鋰。

重要的是，中間的多孔層不僅消除了zeroVE-Li在反復(fù)沉積/剝離過程中的體積膨脹，而且提高了各種機械變形時的機械柔韌性，甚至在實際面容量超過3.0 mAh cm^-2時也是如此。

圖2. zeroVE-Li的雜化SEI和循環(huán)穩(wěn)定性

進一步通過將zeroVE-Li與高壓和高面容量（3.0 mAh cm^-2）的NMC811或LCO正極配對，展示了高性能的柔性全電池。該全電池可以在4000次彎曲循環(huán)（半徑：4毫米）中以高容量保持率（每循環(huán)>99.8%）穩(wěn)定地循環(huán)。

此外，作者還展示了一個串聯(lián)的柔性LMB，它具有顯著的全電池能量密度（375 Wh L^-1，基于正負極、隔膜封裝的體積），還提供了破紀錄的45.6的柔性電池的優(yōu)勢圖（FOM）。最高的FOM和出色的循環(huán)穩(wěn)定性表明，zeroVE-Li負極適合同時實現(xiàn)柔性電池的高能量密度、高機械柔性和高電化學(xué)穩(wěn)定性。

圖3. 全電池性能

Roll-to-roll Fabrication of Zero-Volume-Expansion Lithium Composite Anodes to Realize High-Energy-Density Flexible and Stable Lithium Metal Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202205677