你的手机用两年后是不是一天充三次？电动车开三年续航就打五折？这些问题的核心藏在电池材料里——科学家早就盯上了“锂金属”这种“能量巨人”，它的理论容量是现在主流石墨电池的10倍，一旦实用化，手机续航可能一周一充，电动车续航轻松超1000公里。但锂金属电池有个致命缺点：充放电时会“长刺”，这些叫“枝晶”的小晶体越长越尖，可能刺穿电池隔膜引发短路，甚至爆炸。近日，我国学者在《Front. Chem. Sci. Eng.》发表研究，通过在锂金属表面构建Al-Li/LiF复合人工界面层，给锂金属穿上“软硬兼施”的“复合铠甲”，让电池循环寿命从600小时飙升到2300小时，全电池容量保持率提升15.5%。

电池里的“小刺”：枝晶为什么是“安全杀手”？
锂金属电池被称为“下一代电池之王”，理论容量高达3860 mAh·g⁻¹，是石墨阳极的10倍。但它有个“暴脾气”：每次充放电，锂离子会在锂金属表面沉积，就像冬天水管结冰，有时结成光滑的冰面，有时却长出尖尖的“冰刺”——这就是枝晶。

枝晶的危害可不小。首先，它会“戳破”电池内部的隔膜，正负极直接接触导致短路，手机鼓包、电动车自燃 often和这有关；其次，枝晶断裂后会形成“死锂”，就像没用完的牙膏挤不出来，电池容量越来越低；最后，锂金属和电解液会持续“打架”（副反应），电解液越用越少，电池寿命跟着缩水。传统锂金属电池在0.5 mA·cm⁻²电流下，循环寿命通常只有600小时，还没等发挥“能量巨人”的实力就“罢工”了。

给锂金属穿“铠甲”：Al-Li/LiF复合层如何“软硬兼施”？
为了驯服枝晶，科学家试过不少招：电解液加添加剂、换固态电解质……但要么“有效期”短，要么“成本太高”。我国团队另辟蹊径：给锂金属表面直接“镀”一层复合铠甲——Al-Li/LiF复合人工界面层。

这层“铠甲”是怎么造出来的？说简单也简单：把AlF₃粉末溶在二甲醚溶剂里，涂在锂箔表面，加热后发生化学反应，原位生成两种关键成分：Al-Li合金（Li₉Al₄）和LiF。Al-Li合金像“软甲”，柔韧性好，能缓冲锂金属充放电时300%的体积膨胀（相当于气球吹大3倍再缩小，“软甲”不会裂）；LiF像“硬壳”，机械强度高（杨氏模量53.3 GPa，是纯锂的48倍），能物理阻挡枝晶往外“刺”。

更关键的是“铠甲”厚度要刚刚好。团队测试了不同浓度的AlF₃，发现20微米厚的复合层（简称LAF-20）效果最好：太薄挡不住枝晶，太厚会阻碍锂离子移动。这层20微米的“铠甲”，让锂离子传输速度变快（电荷转移电阻Rct从343.40Ω降到58.36Ω，相当于高速公路从单车道拓宽到六车道），同时电子“过不去”（LiF是绝缘体），避免电解液和锂金属直接接触“打架”。

实测数据说话：循环2300小时，容量保持率提升15.5%
“铠甲”效果到底怎么样？实验数据最有说服力。

在对称电池测试中（模拟电池充放电循环），没穿“铠甲”的纯锂对称电池，在0.5 mA·cm⁻²电流下只能循环600小时，电压就开始剧烈波动（枝晶刺穿隔膜的前兆）；穿了LAF-20“铠甲”的电池，循环2300小时后电压依然稳定，相当于“原来只能用600天的电池，现在能用2300天”。

全电池测试更贴近实际应用。用磷酸铁锂（LFP）做正极时，穿“铠甲”的电池在1C倍率下循环300次，容量保持率75.5%；没穿“铠甲”的传统电池，容量保持率只有60%。换成高镍正极（NCM811），差距更明显：传统电池150次循环后容量就“跳水”，穿“铠甲”的电池300次后还能保持137 mAh·g⁻¹的容量。

从实验室到生产线：“铠甲电池”离我们还有多远？
这层“复合铠甲”不光效果好，还“接地气”。一步涂覆加热的工艺，不需要复杂设备，成本低，容易大规模生产。未来，它可能让锂金属电池真正“走出实验室”：电动车续航从现在的600公里提升到1000公里以上，储能电站寿命延长3倍，手机、无人机等便携设备“一周一充”不再是梦。

当然，技术还有优化空间：比如在极端温度（-20℃或60℃以上）下，“铠甲”的稳定性如何？团队表示，下一步会测试复合层在宽温区的表现，让“铠甲电池”适应更多场景。

或许过不了多久，你买电动车时，销售会说：“这款用了‘复合铠甲’电池，充一次电跑2000公里，用5年容量不掉！”——那可能就是这项技术在默默发力。