同济北化工联手AM：800 ℃/20 s磁感应闪焊合金负极，金属电池枝晶终结者
导语
还在为锂/钠/锌金属负极“死锂包裹+粉化”头疼？北化工-同济团队用一把“电磁感应枪”，把传统10 h的合金化流程压缩到20 s，800 ℃瞬时烧结，直接在三维集流体上“焊”出双合金层。结果：5 mA cm⁻² / 10 mAh cm⁻²条件下稳定跑2000 h，软包能量密度冲到1201 Wh L⁻¹，且对Na、Zn电池通用。
本研究中，同济大学张弛和沈力课题组以及北京化工大学卢云峰课题组提出了一种通用、简单且非常有效的方法来制造结构稳定的合金负极。利用电磁感应加热技术，锂、亲锂金属和三维集流体在数十秒内实现合金化，形成结构稳定的合金负极。该负极在匹配高载量的高镍三元正极时表现出优异的循环稳定性以及超过1200Wh L-1的能量密度。此外，该方法还具备广泛的适用性，可推广至钠和锌等金属电池负极的制备中。该文章发表在国际顶级期刊Advanced Materials上。
今天，我们一起拆解这篇刚刚登陆Advanced Materials的“极速合金术”。
研究亮点
极速合金化：感应加热20 s完成Li-M-基底三元合金，效率提升1800倍。
双区域结构：富Li层（界面）+富M层（基底）协同，既降成核势垒又防粉化。
苛刻工况验证：5 mA cm⁻²高电流、10 mAh cm⁻²高面容、贫电解液、N/P<2，寿命>2000 h。
通用平台：同一工艺秒切Na、Zn体系，Mg/Zn/Al/Cu均可作为亲金属源。
软包级能量密度：匹配NCM811（5.4 mAh cm⁻²）实现1201 Wh L⁻¹，循环>100圈无衰减。
图文解析
图1 | 感应加热20 s合金化示意图
• 交变磁场→涡流瞬时升温至800 ℃，熔融Li+M同时润湿Ni/Cu三维骨架。
• 原子扩散路径：M优先与基底键合（Ni₂Mg），Li则富集于外侧，形成双合金梯度。
图2 | Ni-Mg-Li双区域结构表征
• SEM-EDS：富Mg层~400 nm紧贴Ni骨架，富Li层均匀覆盖表面。
• XRD：出现Ni₂Mg峰，无Ni-Li相；DFT显示Mg-Ni结合能(-1.89 eV) < Li-Ni(-0.74 eV)，驱动分层。
• 对比Ag-Li体系：Ag-Li结合能更低，无法形成Ni-Ag骨架，验证设计普适性。
图3 | 沉积行为原位观测
• 形核过电位：Ni-Mg骨架降至12 mV（裸Ni 48 mV）。
• 原位光学：Li均匀沉积无枝晶，SEI更致密；库伦效率首圈即达98.2 %。
图4 | 对称电池长循环
• 5 mA cm⁻² / 10 mAh cm⁻²：Ni-Mg-Li稳定2000 h，过电位<25 mV；
• Steel-Mg-Li对照：仅200 h粉化短路，证明Ni-Mg合金层是结构“铆钉”。
图5 | 全电池&软包表现
• 与NCM811配对：0.5 C循环100圈，容量保持率>90 %，平均CE 99.8 %；
• 软包级：2.1 Ah单层 pouch，1201 Wh L⁻¹（不含封装），弯折100次无鼓包。
图6 | Na、Zn体系验证
• Na-Zn@Cu：对称电池1 mA cm⁻² / 1 mAh cm⁻²稳定1000 h；
• Zn-Cu@Cu：2 mA cm⁻² / 5 mAh cm⁻²循环500 h无枝晶，通用性实锤。
总结展望
感应加热瞬态合金化策略，用一把“磁场焊枪”在三维骨架上同时构建富碱金属界面与富亲金属基钉，实现“降势垒+固骨架”双目标。面向实用，下一步可：
放大至卷对卷连续化制备；
耦合固态电解质，进一步缩减N/P比；
拓展到Al、Mg等更廉价金属电池体系。
科研装备TIME
想亲手体验“20 s合金化”？深圳中科精研FJH焦耳闪蒸加热装置正是同款技术路线：
• 毫秒级升温（2000–8000 K可设），兼容金属、陶瓷、碳基多孔骨架；
• 全自动程序控制，一次可并行处理4个样品，重复性误差<3 %；
• 已为清华、MIT、宁德时代等500+团队提供工艺包，累计支撑300+篇顶刊论文。