如何突破无负极锂金属电池“活性锂不足-循环性能差”的核心瓶颈，是该领域走向实用化的关键科学问题。近日，北京大学材料科学与工程学院邹如强教授团队联合浙江金羽新能源科技有限公司，提出了负极原位补锂与正极近表面氟化重建协同策略，成功实现高能量密度无负极锂金属电池的稳定循环。相关研究成果以“High-energy anode-free Li metal batteries with in-built surface-fluorinated Li-rich Mn-based cathodes | Science Advances”为题，于2026年5月15日发表于《科学?进展》（Science Advances）。

无负极锂金属电池因其省去初始负极活性材料，直接利用集流体作为锂沉积基底，在显著提升能量密度、简化制造工序的同时，也具备本征更优的安全特性，被广泛视为下一代高比能储能体系的重要发展方向。然而，由于缺乏过量活性锂，循环中易产生“死锂”和副反应损耗，导致其库仑效率衰减、循环寿命远低于实用化阈值。针对这一问题，研究者已开发出多种策略，包括物理掺入补锂剂、富锂正极预锂化、对集流体进行改性，以及通过新型溶剂化结构调控界面化学等。这些方法虽在实验室层面验证了有效性，但整体循环性能仍不理想，并且普遍需要引入额外的材料或加工工序，不仅增加制造成本与工艺复杂度，也与现有生产线兼容性不足。此外，部分补锂方案还需在高电压下活化，这一过程会进一步催化电解液氧化分解与正极表面副反应，使得界面退化问题更加严峻。因此，无负极锂金属电池的实用化亟需一种能够协同解决“活性锂补偿”与“界面稳定”两大难题的新策略。

图1. 无负极锂金属电池设计策略示意图

针对这一问题，邹如强团队提出了一种负极原位补锂与正极近表面氟化重建协同策略。现有补锂方案中，富锂锰基正极虽然能够通过不可逆氧氧化还原释放额外活性锂，但其伴随的晶格氧析出会与醚类电解液发生剧烈副反应，引发产气、胀气及过渡金属催化分解等一系列连锁问题，导致正极界面持续退化，长期以来难以与先进的高电压醚类电解液体系兼容。研究团队巧妙地将这一“副作用”转化为界面构筑的驱动力，利用富锂锰基的不可逆容量为负极提供活性锂补充，避免了额外预锂化工序的引入；同时，激活的表面晶格氧与局部高浓度电解液中的氟化醚发生定向亲核反应，在正极近表面自发形成厚度仅约3nm的均匀富氟界面层，同步抑制晶格氧析出、过渡金属迁移与电解液氧化分解，将原本的界面衰退机制转化为界面稳定机制。研究团队在2Ah软包电池中实现了260次循环后容量保持率80%的稳定运行，同时在3—4.65 V高电压条件下循环50圈后电池电压与容量均未见明显衰减。 

图2. 2Ah无负极锂金属电池的电化学性能

为进一步验证该策略在接近实际工况条件下的可行性，研究团队将电池体系放大至30Ah级软包电池。该电池实现了350Whkg-1的高质量能量密度与1200WhL-1的高体积能量密度，循环180次后容量保持率达84.4%，并且展现出优异的低温性能、高倍率充放电性能以及通过过充等严苛安全测试的稳定表现。与已有文献对比，该电池在成本效益、能量密度和循环稳定性等多个维度均显著领先。其在无需牺牲补锂剂与复杂电极改造的条件下，同步解决了活性锂补偿与界面稳定的双重难题，为下一代高能量密度储能体系的商业化落地提供了坚实的科学基础和可行的工程范式。

图3. 30Ah无负极锂金属电池的电化学性能

北京大学前沿交叉学科研究院博士生胡文超，材料科学与工程学院博士后杨扬、刘亚涛和深圳研究生院新材料学院叶耀坤助理研究员为论文共同第一作者。该工作获得国家自然科学基金、国家重大科研仪器研制项目和北京大学-金羽新能联合实验室项目的资助。