针对高比能锂金属二次电池用锂负极存在安全性能差、库伦效率低、电极极化严重、体积效应大等问题，成果对锂负极自身结构及其表面 SEI 膜进行改性探索研究，将三维宿主材料（纳米碳笼）涂覆于商业化铜箔，利用中空纳米碳笼的超薄碳壁作为 SEI 稳定层，实现了锂在纳米碳笼内部空腔中的稳定沉积。 该三维锂负极可实现在抑制体积效应的同时降低表观电流密度与减弱界面副反应，充放电循环 150 圈后，库伦效率可达到 99.7%。
1.多重限域/诱导金属锂负极材料制备技术。在材料设计与制备方法方面，提出通过中空碳球作为导电骨架，通过在碳球表面构筑聚多巴胺阻挡层以及在内部构建亲锂位点的多重作用，实现多重限域/诱导金属锂负极中 Li 限域生长与溶解，解决金属 Li 阳极的枝晶生长难题。此种金属 Li 负极在结构与功能设计上，具有其他锂负极材料难以比拟的优势，且具有较强的工程化可行性。
2.金属 Li 阳极的电极过程可逆调控技术。金属 Li 阳极由于一直无法解决锂枝晶生长及其所导致的低库伦效率问题。本项目在构筑新型重限域/诱导金属锂负极的基础上，基于中空碳球与聚多巴胺形成的双重导锂骨架，通过其电极过程动力学研究，从中空碳球结构、聚多巴胺包覆层结构、电解液组成以及成膜工艺等方面调控 SEI 膜结构与性能，使得金属 Li 表面可形成并维持稳定的 SEI 膜，从而建立起多重限域/诱导金属锂负极的电极过程可逆调控方法。
3.多重限域/诱导金属锂负极的高比能锂金属二次电池技术。金属锂阳极具有高比容与低电位的突出优势，但锂枝晶生长及其所导致的低库伦效率、短循环寿命与高安全隐患等问题使其一直难以应用。本项目在构筑新型阳极并实现其电极过程可逆调控的基础上，进一步揭示其与相关阴极（金属氧化物、硫及空气电极）的交互作用机制，研究获得新型阳极适配电解液，可创建基于新型多重限域/诱导金属锂负极的高比能锂二次电池技术原型及其知识产权体系。
成果为锂负极的实用化的实现提供了理论支撑。金属锂负极具有超高的理论比容量（3860 mAh/g）、最低的氧化还原电势（ -3.045V vs. SHE），是世界瞩目的锂电池负极材料的终极选择。其可与含锂氧化物正极（钴酸锂、三元材料、富锂锰等）、硫正极以及空气正极搭配使用，可使锂/氧化物电池、锂/硫电池和锂/空气电池的能量密度达到 400 、500 、600 Wh/kg。
应用前景：
目前，大部分锂负极材料稳定循环均在 500 圈左右，库伦效率处于 95%~98% 之间。本成果提出了内亲锂型薄壁多孔炭多重限域/诱导生长锂负极结构设计路线，制备的锂炭复合负极材料在实验室实现了 1000 圈以上的稳定循环，最高库伦效率达到 99.7%，属于相关领域的世界先进水平。从金属锂负极循环寿命以及库伦效率这两项关键指标看，本技术已初步满足市场应用需求。
成熟度：中试
