鋰金屬電池有望實現有吸引力的高能量密度。鋰金屬電池負極的高鋰利用率是實現高能量密度和避免鋰資源巨大浪費的前提條件。然而，枝晶鋰沉積會產生”死鋰”和寄生的界面反應，從而導致低的鋰利用率。

圖1 球形鋰金屬負極的優勢

華中農業大學葉歡、阿德萊德大學郭再萍等報告了一種高利用率的鋰負極，方法是將球形的鋰沉積到具有蛋盒結構的過渡金屬碳化物（MXene）中。與長絲狀或晶須狀的鋰枝晶不同，鋰被沉積并在MXene蛋盒的孔隙中形成球形形態，從而減少了鋰和液態電解液之間的界面接觸面積（大約為90%），這最大限度地減少了界面副反應，實現了90%的高鋰利用率。此外，梯度親鋰設計導致球狀鋰在宿主內自下而上地生長，安全地遠離隔膜。

圖2 球形鋰的電化學沉積和結構演變

因此，所設計的球形鋰負極提供了2783 mAh g^-1的復合負極比容量，在電流密度為0.5 mA cm^-2時，壽命可達3000小時，在1.0 mA cm^-2時，壽命接近1300小時，鋰利用率為90%。

此外，采用球形鋰負極和高面容量正極（5 mAh cm-2）的全電池在0.5 C時，在非常低的N/P比率（0.8）下保持了95%的容量。這種球形沉積突出了堿金屬形態控制的關鍵作用，并為建立實用的高能金屬電池提供了可行的方法。

圖3 全電池性能

Spherical Lithium Deposition Enables High Li-Utilization Rate, Low Negative/Positive Ratio, and High Energy Density in Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202303427