【通讯作者介绍】
刘凯，新源清材科技（北京）有限公司首席科学家、超分子实验室主任，清华大学化工系副教授，特别研究员，博士生导师。刘凯教授长期从事超分子自组装编码技术、不对称锂盐材料和本质安全材料研究，以通讯作者身份在国际知名学术期刊（如Nature Energy，Nature Communications，Angew，Advanced Materials, Energy & Environmental Science, ACS Nano等）发表论文30余篇。研究成果多次被Science，Nature Materials，NPG Asia Materials等学术刊物撰专文Highlight和报道，同时也被CNN，BBC和科技日报等媒介报道。总被引2万多次，h-指数为76。曾入选第十五批海外高层次人才引进计划，获《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”(TR35)中国榜单，中国化学会超分子青年讲座奖，《麻省理工科技评论》全球青年科技创新奖，瑞士Dinitris N. Chorafas青年研究奖全球每年遴选30人等多项奖励。
【成果介绍】
近日，我公司首席科学家、超分子实验室主任、清华大学化工系刘凯教授团队在国际顶级学术期刊《ADVANCED MATERIALS》上发表了题为“Interphasial Chemistry Design for Seamless Lithium Deposition in Anode-Free Lithium Metal Batteries”的研究论文（论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202500478）。该研究聚焦无负极锂金属电池界面改性难题，开发全新的不对称聚合物锂盐设计，并通过旋涂工艺在铜箔表面构建一种均匀且超薄的离子传导膜（ICM），实现了电极/电解质界面化学的稳定调控。该工作有力支撑了公司新能源电芯级本征安全材料的研发方向，进一步推动了新源清材高安全电池材料的快速落地。
【应用前景】
该工作在前期不对称锂盐工作的基础上，通过设计并合成一种新型不对称聚合物锂盐，并通过旋涂工艺在铜箔表面构建了一层超薄的离子传导膜（ICM）。该聚合物聚合物锂盐PLi的骨架由刚性苯磺酰亚胺阴离子基团（-PhSO2N⁻SO2Ph-）与含醚氧基团（EO, -CH2CH2O-）的柔性亲锂基团均匀交替构成。在聚合物基体中，均匀分布的苯磺酰亚胺阴离子基团不仅赋予聚合物不溶性，更通过刚性骨架提供机械强化作用。受空间约束的苯磺酰亚胺阴离子展现出高度电荷离域特性，显著降低锂离子的空间位阻，从而提升锂离子迁移率。与此同时，柔性亲锂基团通过醚氧基团与游离锂离子配位，在界面构建离子纳米通道，引导锂沿横向均匀成核并定向沉积。这种ICM层可有效促进阴离子在界面上的富集，并构建稳定的阴离子衍生固体电解质相间层（SEI）。同时，具有电子绝缘和离子传导特性的ICM层还能进一步抑制副反应和锂枝晶生长，起到天然屏蔽的作用，从而实现无缝锂沉积。
图1 . ICM涂层的设计原理
具体数据表明，采用ICM的Li||Cu纽扣半电池展现出优异性能，其库仑效率高达99.82%。进一步将ICM涂层铜箔（ICM Cu）与NCM811正极组装成无负极软包电池后，电池在100次循环后仍能保持495 Wh kg-1的能量密度，容量保持率达80.72%。这一界面化学设计策略不仅为高性能、高安全性电池系统的精准界面工程提供了新思路，更有望加速其向实际应用场景的转化。
图2.ICM Cu与NCM811正极配对的电池性能评估
