近年來，锂離子電池已廣泛應用于人類生活的多個方面，并在新能源産業特别是電動汽車領域展現出誘人的應用前景。然而傳統商用的基于插層化學的锂離子電池很難滿足動力電池高能量密度的需求，開發新型高容量、長壽命锂電池體系迫在眉睫。與傳統石墨負極相比，锂金屬負極具有高理論比容量（3860 mA h g-1）、低密度（0.59 g cm-3）和低電極電勢（-3.04V vs. H+/H2）的優勢，一直被認為是下一代的理想電池負極材料。然而，金屬锂的安全性和穩定性卻讓人們望而卻步，其不均勻的锂沉積和在充放電循環中不斷産生的锂枝晶可能刺穿隔膜導緻電池失控，引發安全問題。研究表明，采用三維集流體與锂金屬複合的策略和調控電解液與金屬锂負極之間的界面是抑制锂不均勻沉積，減緩锂枝晶問題的關鍵。

近期，beat365官方网站周恒輝老師與其指導的博士研究生瞄準複合锂金屬負極的制備，率先提出采用2步法化學還原的方法，将不導電的三維材料轉化為導電的基體，應用于锂金屬負極上（Adv. Mater. Interfaces，2018, 5, 1800807）。同時，他們創造性地采用電沉積的策略将锂金屬與三維集流體複合，制備出具有穩定界面保護的複合锂金屬負極，應用于磷酸鐵锂實際電池中，實現了在高倍率（10 C）下的穩定循環（Energy Storage Materials，2018, 15, 249–256）。在電極與電解液界面的設計上，他們首次提出使用傳統的聚乙二醇小分子作為電解液添加劑，調控锂離子在界面的分布，均勻化锂的成核。聚乙二醇小分子可以吸附在锂金屬電極的表面，并且與電極附近的锂離子有效絡合，使得界面上锂離子流分布更加均勻，實現锂的均勻沉積（ACS Appl. Energy Mater.，2019, 2, 4602−4608）。

最近，他們進一步提出使用含S共轭結構的分子作為電解液添加劑，其中以硫脲為代表調控锂離子在電極與電解液界面上的成核和生長，以實現均勻的金屬锂沉積。硫脲分子可以吸附在Li金屬表面，促進Li生長，通過超填充機制實現了高電流密度下無枝晶的锂沉積（下圖）。作者提出的這一以促進锂沉積的方式去避免锂枝晶的産生策略，能夠實現高倍率條件下穩定的锂金屬嵌入和脫出，與正極材料匹配組裝全電池，表現出很好的大電流充放電能力和循環穩定性。這類添加劑成本低廉，有望成為新一代動力電池電解液添加劑的有力候選。該工作近期在線發表于Adv. Mater上（Adv. Mater.，2019, 1903248）。

圖1. 理論計算和COMSOL模拟機理分析

該工作由周恒輝老師指導的化學院2016級博士生王骞和楊程凱博士（2019年畢業，現為福州大學副教授）等共同完成，北京化工大學劉文教授和防化研究院邱景義研究員為共同通訊作者。相關工作得到了國家自然科學基金、北京市自然科學基金、北大先行科技産業有限公司及北京化工大學等相關項目的資助。