简单化学浴处理锂金属负极，有望让长续航电动汽车成真

来源：Chemical & Engineering News (C&EN) | 原文：Simple bath readies lithium-metal anodes for long-range EVs | 作者：Prachi Patel | 发布：2026年4月13日
原文链接：https://cen.acs.org/energy/energy-storage-/Soothing-bath-readies-lithium-metal/104/web/2026/04

锂金属负极电池被视为下一代电动汽车动力系统的关键突破口——理论上，它能将电动汽车的续航里程提升至现有石墨负极电池的两倍。然而，长期以来，锂金属负极一直受到一个棘手问题的困扰：在充放电循环过程中，负极表面会生长出被称为"枝晶"的微小导电尖刺。这些枝晶一旦刺穿电池内部的绝缘隔膜，便可能引发危险的短路乃至起火事故，严重制约了锂金属电池的实用化进程。

如今，中国西湖大学的材料科学家黄嘉兴及其研究团队提出了一种出人意料的简单解决方案——将锂金属箔片在含有1%水的二甲基亚砜（DMSO）溶液中浸泡仅仅20分钟，即可有效抑制枝晶的生长。这一发现发表于期刊《Watt》（2026年，DOI: 10.1007/s44503-026-00006-0）。黄嘉兴将这道工序比喻为"温水浴的安抚效果"，称其可以稳定锂金属箔的表面结构，有望成为锂金属电池规模化生产的"即用型解决方案"。

要理解这一技术为何有效，需要先了解枝晶生长的根本原因。与大多数金属一样，锂金属箔具有多晶结构——由大量取向各异的微小晶粒拼接而成。不同的晶面具有不同的原子密度，也因此呈现出截然不同的化学反应活性。黄嘉兴解释道："在充放电过程中，锂离子会优先在反应活性较高的晶面位点沉积和堆积，导致这些局部区域加速生长，最终形成枝晶。"

理论上，如果锂金属具有单晶结构，锂离子的沉积就会均匀分布，从根本上消除枝晶生长的驱动力。但生长单晶金属的工艺既昂贵又复杂，难以规模化应用。黄嘉兴团队因此另辟蹊径——他们的目标是将多晶表面改造为"准晶"表面，使所有晶粒具有相同的结晶取向，从而在不追求完美单晶的前提下实现类似的均匀沉积效果。

这一灵感来自黄嘉兴十年前在纳米晶体形状控制领域的研究经历。他指出，通过化学蚀刻选择性地溶解晶体中较不稳定的晶面，可以迫使原子重新排列成更稳定的晶体形式，这一原理在纳米材料领域早已得到验证。而将这一思路迁移至锂金属箔，面临的最大挑战是：纯水与锂金属会发生剧烈的爆炸性反应。为此，研究人员将水的比例严格控制在1%，并以二甲基亚砜（DMSO）作为稀释介质，精确调控蚀刻过程的速率与强度。

实验结果证明，这一策略十分有效。蚀刻溶液选择性地腐蚀锂箔表面中较不稳定的晶面，使底层锂原子逐渐重新排列，最终所有晶粒都统一呈现出稳定的(110)晶面取向。这种准单晶化的表面使锂离子沉积变得高度均匀，从源头上阻断了枝晶的形成。研究团队随后将处理后的锂金属箔组装成硬币大小的磷酸铁锂（LFP）全电池，进行循环寿命测试。结果显示，这些电池在超过2000次充放电循环后依然运行稳定，未出现因枝晶导致的短路失效——而未经处理的锂箔电池早已在数百次循环后宣告失效。

约翰霍普金斯大学纳米材料研究专家夏幼南对这项研究给予了高度评价，称其为"有效应对锂基电池重大问题的绝妙创意"。不过，他也指出了走向实际应用还需跨越的门槛："目前的电极面积相对较小，要实现商业化应用，需要在比现在大数百乃至数千倍的电极面积上稳定发挥作用。"他同时建议："如果处理时间能够进一步缩短，进一步降低生产成本，我认为这项技术能够立即在商业化工艺中找到一席之地。"

从更宏观的视角来看，这项研究的价值不仅在于解决了一个具体的工程难题，更在于它展示了一种将基础化学原理转化为工业级解决方案的思路：用廉价易得的化学试剂，以极低的工艺复杂度，实现对材料微观结构的精准调控。目前，黄嘉兴团队正在进一步优化工艺参数，探索在更大面积电极上稳定复现这一效果的可能性，并评估其与不同电解质体系和正极材料的兼容性，以加速这一技术向实际应用的转化。

"就像温水浴可以舒缓和安定一样，这种化学浴可以稳定锂金属箔——这可能是锂金属电池生产的简单即用型解决方案。"
——西湖大学材料科学家 黄嘉兴