锂金属电池因能存储更多能量、延长电子设备电池寿命，成为广泛使用的可充电锂离子电池的有前景替代品之一。然而，现有锂金属电池存在稳定性不如锂离子电池、库仑效率低且随时间衰减快等问题。其集成的锂金属电极在充放电时易膨胀收缩，导致裂纹和电接触损失，影响电池性能。

近日，山东大学、浙江大学等机构研究人员研发出一种新型纳米工程材料，可用作锂金属电池电极，在充放电过程中不会膨胀或收缩。该新材料由导电薄层材料还原氧化石墨烯(rGO)和稳定且具有电化学活性的陶瓷氧化锌组成，相关成果发表在《自然纳米技术》杂志上。

论文共同资深作者陈浩称，此前锂金属电池领域因最高容量阳极材料在循环过程中体积无限变化而不断受挫，体积波动会破坏固体电解质界面、引发不可逆腐蚀，无法达到实用电池必需的99.9%以上库仑效率。此次研究主要目标是实现体积不变、能将锂与电池内部腐蚀性电解质完全隔离的电极材料。

基于rGO和ZnO研制的复合材料，能促进形成耐用的固体电解质界面相(SEI)，即隔离电极与电解质的保护层。陈教授解释，设计的二维、连续层状腔体、零体积变化、完全密封的rGO&ZnO主体材料，有两个关键特征：锂的沉积/剥离在刚性腔体内进行，消除破坏性体积膨胀;连续主体结构像防腐装甲，阻止电解液渗透和与锂接触。

研发的纳米材料克服了锂金属电池电极的局限性。初步测试显示，该材料在充放电过程中体积无变化，达到了创纪录的99.99 - 99.9999%的效率，库仑效率接近2000次循环，超过可行锂金属电池关键阈值99.9%，解决了体积变化驱动的锂降解难题，首次证明近乎完美的锂可逆性可实现。

目前，该研究团队设计的复合电极材料将应用于不同成分的锂金属电池，以进一步评估潜力和性能。未来有望助力开发高能量密度、超长寿命的锂金属电池。陈补充，团队正将主体设计扩展到商用软包电池，改进制造工艺，还将零体积变化密封概念应用于其他电池化学成分，探索与固态电解质集成，计划通过未来3 - 5年行业合作加速实际部署。

更多信息：Lequan Deng 等，《一种用于高效非水系锂金属电池的纳米工程锂载体碳/氧化锌复合电极材料》，《自然纳米技术》 (2025)