无负极锂金属电池（AFLMB）因其高能量密度和低制造成本的优势，在能源存储领域展现出巨大的应用潜力。然而，其循环稳定性差和倍率性能低的瓶颈严重制约了其在生活中的实际应用。由于锂金属本身具有"无宿主"的特性，在锂沉积-剥离过程中负极会发生显著的体积形变，导致电场分布不均，从而诱发枝晶生长并引发电极结构损伤，这些因素共同导致了循环性能衰退及安全隐患。因此，开发能够有效调控负极形变、同时提升锂沉积-剥离过程可逆性与电极-电解质界面（SEI）稳定性的策略，具有重要的科学意义和应用价值。

针对上述挑战，西北工业大学黄维院士团队官操教授课题组构建了一种顶部LiPON保护的三维有序空心氧化锌基体（LiPON@ZnO matrix）（图1）。研究表明，即使在100%空腔利用率条件下，该体系仍能实现三维空腔内高效且可逆的锂沉积-剥离过程，并保持结构完整性，有效抑制了枝晶和"死锂"的形成（图2）。基于该材料组装的半电池和全电池（包括磷酸铁锂和镍钴锰三元体系）均展现出优异的倍率性能和长循环稳定性（图3）。该电池体系在2C高倍率下实现了150次稳定循环，能量密度高达617 Wh kg^-1，为开发高能量密度、高安全性的无负极锂金属电池提供了新的解决方案。

图1. LiPON@Cu、ZnO matrix和LiPON@ZnO matrix作为无锂负极的循环行为示意图

负极结构底部的ZnO matrix提供了足够的亲锂位点和充足的空腔来促进锂的内部沉积。同时，LiPON保护层促进了均匀的锂离子通量，提高了SEI的机械和电化学稳定性。在协同作用下，实现了对锂沉积-剥离行为的有效约束，并良好解决了无锂负极循环时的体积变化难题。

图2. LiPON@ZnO matrix电极在沉积和剥离过程中的电化学曲线和电极形貌表征

图3. LiPON@ZnO matrix无锂负极与改性磷酸铁锂和镍钴锰三元正极匹配的全电池性能

这项研究以"Shape-controlled Reversible Li Plating-stripping for Stable and High-rate Anode-free Lithium Metal Batteries"为题，发表在国际顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。西北工业大学柔性电子研究院博士研究生王宇轩为论文第一作者，官操教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、陕西省自然科学基金以及西安市自然科学基金等项目的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202420373

(文字：王宇轩 审核：王学文）