发展高能量密度金属锂电池对于满足电动汽车、智能电网等新兴领域的迫切需求具有重要意义。金属锂因其超高的理论比容量和极低的电化学势，被公认为下一代高比能电池负极材料的“圣杯”。然而，金属锂负极在实际应用中面临枝晶生长、循环过程中巨大的体积变化以及由此引发的电极粉化和界面副反应等问题，严重制约了其循环寿命和安全性，成为其商业化应用的主要瓶颈。

近年来，在科技部、国家自然科学基金委、中国科学院和北京市自然科学基金委的支持下，化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室郭玉国课题组长期致力于高性能金属锂负极的结构设计与界面优化研究。在前期工作中，课题组构建了超轻一体化聚酰亚胺-Ag/Li复合负极，通过原位形成亲锂Li-Ag合金界面并增强电极结构完整性，有效抑制枝晶生长与电极粉化，在实际工况下实现了更高比能与更优循环稳定性（Sci. Adv. 2024, 10(13): eadl4842.）。此外，提出了基于化学溶解平衡驱动的AgI“添加剂储库”策略，实现Ag+持续供给与失活锂再利用，显著提升对称电池与软包电池的循环寿命，为构建耐久型锂金属电池界面提供了新思路（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202500135.）。

为进一步提升金属锂负极的综合性能，三维复合锂负极被认为是缓解体积变化、提升循环稳定性的有效途径，但现有体系普遍存在机械脆性大、难以制备超薄电极以及结构稳定性与高比能难以兼顾等问题。在相关项目支持下，中国科学院化学研究所郭玉国研究员团队提出了一种高机械韧性的三维锂复合箔负极。该材料通过协同引入锂-锌合金和富含Li3N的碳纳米管网络，实现了结构强度与电化学性能的协同优化。其中，Li-Zn合金调控锂沉积行为并提供结构支撑，Li3N-碳纳米管网络构建贯通的离子/电子传输通道，同时显著增强材料韧性，使复合负极的断裂韧性提升至1.3 × 106 J m-3，较纯金属锂提高约12倍。得益于优异的力学性能，该复合负极可加工为超薄自支撑箔材，并在深度嵌脱锂条件下保持结构完整。在全电池测试中，研究团队将其与高镍正极NCM811匹配，展现出优异的循环稳定性和倍率性能。进一步构建的8.5 Ah级软包电池实现电芯级比能量553 Wh kg-1，展示出良好的实用化潜力。该研究提出了一种兼具高韧性、可加工性与高比能优势的三维锂复合箔设计策略，为高能量密度、长寿命锂金属电池的发展提供了新的技术路径。

相关研究成果发表于《Nature Communications》 期刊（DOI: 10.1038/s41467-026-69155-z）。论文第一作者为博士研究生王昱昊，通讯作者为张娟副研究员及郭玉国研究员。