锂金属负极的高易燃性问题一直阻碍着高能量密度锂金属电池的安全应用。传统的阻燃剂共混策略因阻燃剂与锂金属之间会发生严重的破坏性功能腐蚀反应，同样无法应对这一挑战。
2026年3月26日，山东大学Yaoyao Liu、刘宏、陈皓在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Smart-flame-retarding layered composite Li negative electrode for safe Li metal battery》的研究论文，Haoying Qi为论文第一作者，Yaoyao Liu、刘宏、陈皓为论文共同通讯作者。
在本工作中，作者提出一种层状氧化石墨烯/阻燃剂/亲锂氧化锌层/锂金属负极结构，用以消除锂金属与阻燃剂之间的腐蚀，同时在热触发下智能释放阻燃气体，覆盖并结合锂金属以阻止燃烧。这种智能阻燃层状锂负极在600℃点火后，电池循环寿命较纯锂负极延长2677.78%，在常规电极工作过程中副反应较传统阻燃剂-锂混合物抑制94.68%。该针对锂金属负极易燃性难题的解决方案，为构建安全锂金属电池提供了具有重要意义的进展。
随着电动汽车、便携式电子设备和清洁能源消费市场的快速发展，科研人员迫切追求兼具高能量密度与高安全性的新型电池技术。在高能量密度锂电池技术的负极候选材料中，锂金属因具有最高的理论比容量（3860mAh g -1 ）和最低的电化学电位（-3.04V，相对于标准氢电极）脱颖而出，成为构建高能量密度锂电池的终极负极选择。然而，锂金属负极本征的高易燃性使锂金属电池面临严重的安全隐患。作为还原性最强的金属之一，金属锂在接触热量、湿气或空气时极易被点燃，产生约1200℃的剧烈燃烧，常规手段无法扑灭。这将引发严重的热失控和灾难性事故，远超传统锂离子电池，对锂金属电池的安全应用构成重大挑战。
尽管锂金属负极的严重燃烧问题已广为人知，但目前关于安全锂电池构建的研究主要集中于开发不易燃的液体或固体电解质、高热稳定性隔膜、智能响应隔膜以及电池管理系统。其他策略如人工保护层也在一定程度上被用于提升锂金属的空气稳定性。然而，由于锂金属的高易燃性与强还原性，且无法在锂金属内部实现灭火功能，上述所有策略均无法提供足够的阻燃效果以扑灭锂金属负极的起火。这一安全问题自锂电池发明以来一直是最关键的未解决挑战之一，数十年来阻碍着锂金属电池的大规模实际应用。
为解决锂金属负极的高易燃性难题，必要的方案是将阻燃材料引入负极中。然而，这种传统共混策略因高还原性锂金属与阻燃材料之间会发生严重副反应而失效。在锂负极制备过程中，如熔融锂灌注或机械共混时，这些磷基或卤素基阻燃剂会与锂金属剧烈反应，导致阻燃剂的灭火效果与锂金属负极的功能同时丧失。此外，若将含阻燃剂的锂金属负极作为负极组装进电池，阻燃剂会溶解到电解液中，腐蚀锂金属活性材料并生成不稳定的固体电解质界面（SEI），极大劣化电池性能。锂金属与阻燃剂之间的这种不相容性，为实现锂金属负极的有效阻燃改性带来了重大技术瓶颈。因此，迄今为止尚未有策略被提出以解决锂金属负极的高易燃性问题，使其成为数十年来阻碍锂金属电池技术应用的公认难题。
在此，作者开发了一种层状主体策略，将锂金属、亲锂氧化锌（ZnO）层与阻燃剂逐层组装到三维氧化石墨烯泡沫上，成功消除锂金属与阻燃剂之间的不相容性，并赋予智能阻燃功能以应对锂金属负极的易燃性难题。作者发现这种智能阻燃能力应归因于三大关键材料设计理念：（1）三维气凝胶结构的高隔热/散热性能；（2）ZnO夹层在电极制备与电池运行过程中有效阻隔锂与阻燃剂之间的副反应；（3）点火条件下，复合负极内部热触发智能原位释放阻燃气体，稀释空气并与锂结合实现自阻燃。凭借这些优势，作者的智能阻燃层状复合锂负极即使在明火中浸泡10秒，仍能将锂金属的自熄灭时间从979.27s g -1 降至0s g -1 ；即使锂负极预先在明火中浸泡，仍能实现85.81%的电极容量保持率与93.57%的全电池容量保持率（250次循环后）。使用智能阻燃层状复合锂负极制备的软包电池，在锂负极直接点火的条件下仍保持稳定的功率输出，证明成功解决了锂金属电池的安全隐患。同时，阻燃剂密封的层状结构设计消除了常规电极运行过程中锂金属与阻燃剂之间的严重副反应，循环寿命较传统阻燃剂-锂混合物延长301.61%。这种智能阻燃层状复合主体设计，为解决锂金属负极长期存在的高易燃性难题、实现安全耐用的锂金属电池应用提供了思路。
图1：展示锂金属负极面临的安全问题与智能阻燃层状复合锂负极设计思路。a）锂金属负极高易燃性问题；b ） 将阻燃剂引入锂金属提升安全性的思路；c ） 复合锂负极制备中锂与阻燃剂的不相容副反应；d ） 电池运行中锂与阻燃剂的副反应；e ） 层状主体设计成功引入阻燃剂；f ） ZnO中间层密封阻燃剂，实现电池中阻燃剂与锂的兼容性；g ） 层状复合锂负极在点火条件下智能释放阻燃剂的过程。
本研究开发出具有智能阻燃功能的层状复合锂负极（Li/ZnO/TPP/GO），通过三维多孔氧化石墨烯骨架、原子层沉积ZnO隔离层与磷酸三苯酯阻燃剂的结构化设计，彻底解决锂金属与阻燃剂直接接触引发的腐蚀、副反应难题。受热时，该负极可智能释放阻燃气体隔绝氧气，并通过PO・自由基捕捉活性锂原子中断燃烧链式反应，实现自熄时间降至0s g -1 ，明火灼烧后仍保留85.81%容量，软包电池在点火状态下可稳定供电、无燃烧爆炸风险。同时，ZnO层有效阻隔阻燃剂溶出，电池循环寿命较混合体系提升301.61%，匹配NCM811正极循环250次容量保持率达93.72%。
该成果首创层状封装式阻燃策略，突破传统阻燃剂与锂负极不相容的技术瓶颈，从机理上解决锂金属电池易燃失控的核心安全隐患，为高能量密度锂金属电池的安全设计提供全新范式。
该复合负极制备工艺兼容roll-to-roll与原子层沉积，易于规模化生产，可直接应用于高比能锂金属电池、动力电池与大规模储能系统，显著提升极端条件下电池安全性与可靠性。该层状隔离与智能响应阻燃思路可拓展至钠、钾等活泼金属负极，推动高安全、高能量密度碱金属电池体系实用化与产业化。
Smart-flame-retarding layered composite Li negative electrode for safe Li metal battery . Nat. Commun., (2026).https://doi.org/10.1038/s41467-026-71069-9.
（来源：网络版权属原作者 谨致谢意）
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