Highly stable quasi-solid-state initially anode-free lithium metal batteries enabled by dynamic integrated interface engineering

材料科学 纳米技术 锂(药物) 金属锂 接口(物质) 金属 光电子学 纳米颗粒 储能 电极
作者
Yunyi Chen,Xitang Qian,Yuxiang Lyu,Yican Qiu,Siyu Zhou,Xinyi Lan,Siqi Lu,Minhua Shao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-76060-y
摘要

Initial-anode-free lithium metal batteries offer the potential for high energy density and simplified manufacturing, positioning as a transformative platform for sustainable energy storage. However, their implementation is hindered by the low reversibility of lithium plating/stripping. Herein, we propose a dynamic integrated interface engineering strategy that incorporates an Ag-based multifunctional initiator into the electrolyte. This additive consists of Ag+ paired with anions capable of generating Lewis acids, enabling electrode-electrolyte interfacial coupling through in situ polymerization, while simultaneously enhancing the lithiophilicity of current collectors via Ag+-driven in situ deposition. The controlled release of the additive regulates the solvation structure, leading to the solid electrolyte interphase with an inverted organic-rich inner/inorganic-rich outer architecture, which represents a deliberate departure from conventional models. The anion anchoring effect reinforces the self-healing capability of the interphase, ensuring the construction of fast Li-ion transport pathways and a durable protective barrier, realizing highly stable operation of initially anode-free quasi-solid-state batteries. Specifically, the Cu | |LiFePO4 cell exhibits 90% capacity retention after 200 cycles at 0.1 C, and a 2 Ah-level pouch cell delivers a specific energy of 467 Wh kg−1 based on total cell weight. This work provides an effective unified approach to address multiple interfacial challenges in initially anode-free lithium batteries. Initially anode-free configurations increase the energy density of Li-metal batteries but suffer from poor cycling stability. Here, authors propose a dynamic interface strategy using a silver-based initiator to enable stable long-term cycling of initially anode-free Li-metal batteries.
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