近日，昆明理工大学材料科学与工程学院青年教师王恺钊、胡劲教授、熊仕昭教授在材料领域知名期刊《Advanced Functional Materials》上发表题为“Liquid metal spheres achieving stable residual SEI for dendrite-free lithium metal batteries”的研究成果，博士生李俊凯为第一作者。
无负极锂金属电池集流体界面的“尖端效应”和“边缘效应”会造成局部电场集中，诱导锂优先在凸起处或集流体边缘成核并持续生长枝晶。采用二维平面集流体还是三维集流体才能缓解“尖端效应”和“边缘效应”，一直都没有一个统一的答案。该工作利用液态金属易自发成球的特性，利用碳层封装保持液态金属微观球形（GaIn@C），实现了外部硬质壳，内部液态金属的微观的“巧克力流心结构”。将其作为集流体界面，与传统的二维GaIn涂层集流体做对比，证明了在亲锂的三维球形界面更适合作为锂沉积的基底。
GaIn@C半电池在5 mAh cm-2面容量下可稳定循环3500 h。结合COMSOL多物理场仿真、原位光学、原位 XRD、TOF‑SIMS等手段开展机理研究，球形界面有效削弱尖端与边缘效应，诱导锂均匀成核沉积。锂完全脱嵌后集流体表面形成三层结构的稳定残余SEI（rSEI），为后续锂沉积提供良好界面基底。并借助EIS‑DRT技术建立经验参数，实现对锂沉积形貌的无损定量诊断。该工作提供一种普适性策略，可将多种亲锂金属熔入液态镓，制备三维球形改性集流体，助力无枝晶锂金属电池发展。该研究工作得到国家自然科学基金、云南省制造业高质量发展专项、云南省基础研究计划和云南省“兴滇英才支持计划”的支持的资助。
