锂(Li)金属负极具有最高的比容量(3,860mAhg-1)和最低的氧化还原电位(-3.04V与标准氢电极)，被认为是下一代高能量密度锂的潜在替代品电池。然而，不稳定的电解质-锂金属负极界面一直是锂金属负极电池实际应用的最大障碍。

科学家开发用于高效锂金属阳极界面的功能微阵列

中国科学院金属研究所白硕研究员、李峰研究员与济华实验室谭军研究员合作，实现了金属元素的空间选择性分布。通过在铜(Cu)箔上制造具有高Li+结合能的纳米羟基磷灰石(nHA)微阵列，在电解质-阳极界面上实现离子的目标溶剂化结构。

他们的工作发表在《先进材料》上。

研究人员表示，稳定的锂金属阳极的关键是在电解质-阳极界面构建坚固的固体电解质界面(SEI)膜。最理想的方法是优化电解质中离子的溶剂化结构，特别是在电解质-阳极界面处，同时保持本体电解质的性能。

他们发现，具有高Li+结合能的电负性nHA颗粒可以有效调节电解质中离子的溶剂化结构。Li+会优先迁移到nHA颗粒表面，在nHA颗粒周围形成局部富Li+区域，其中阴离子可以与更多的Li+相互作用形成多配位阴离子。

基于这一发现，进一步在铜箔(阳极集流体)上制备nHA微阵列，以优先在电解质-阳极界面形成多配位阴离子。同时，实验还验证了微阵列不会影响本体电解质的溶剂化结构。

一般来说，不配位的阴离子会受到富电子阳极的强烈排斥，从而大大降低阴离子的分解效率。在这项研究中，使用nHA微阵列，电解质-阳极界面上的多配位阴离子可以被Li+携带，从而有效地穿过阳极上的双电层，这是阴离子衍生的SEI膜所需的。电解液中的阴离子更完全地分解为SEI膜中具有高保护性的无机成分，可以有效抑制负极枝晶的生长。

因此，在高充放电电流密度下，锂金属电池发生微短路的风险显着降低。

调节电解质中局部溶剂化结构的电负性材料的发现为构建稳定的锂金属电池的稳健SEI提供了新的设计原则。