锂金属一直以来被认为是高能量密度电池的理想负极材料。不幸的是，锂金属负极在实际电流密度下容易形成枝晶，限制了其应用。

2025年1月6日，上海交通大学罗加严教授，天津大学王澳轩副研究员和张欣悦博士，宁德时代首席科学家吴凯和美国阿贡国家实验室刘同超研究员在Nature Synthesis上发表了题为《Synthesis of monocrystalline lithium for high-critical-current-density solid-state batteries》的研究论文。Hao Chen、Yumeng Zhao为论文共同第一作者，罗加严教授、王澳轩副研究员、张欣悦博士、吴凯、刘同超研究员为论文共同通讯作者。

罗加严，上海交通大学教授，2006年、2009年本科硕士毕业于复旦大学，2013年博士毕业于美国西北大学；2013年-2014年于麻省理工学院从事博士后研究。2014年担任天津大学教授，2020年至今，担任上海交通大学教授。

其主要研究方向是金属能源材料，材料科学、加工与成形。

王澳轩，天津大学副研究员，硕士生导师，于天津大学获工学博士学位，后入选“博士后创新人才支持计划”从事博士后研究工作。致力于新能源电池体系（金属负极电池、固态电池等）关键材料的研究、设计和开发。

吴凯，宁德时代首席科学家、国家工程师奖获得者、中国汽车工程学会会士。本科、硕士、博士皆毕业于上海交通大学，正高级工程师，中国矿业大学兼职特聘教授、江苏省产业教授（研究生导师类）。

1992年，吴凯任武汉理工大学讲师。1998年担任东莞新科磁电厂研发经理。2002年，担任东莞新能源科技有限公司研发副总裁、宁德新能源科技有限公司技术总裁。2004年任东莞新能源研发总监。2011年，任宁德时代新能源科技股份有限公司首席科学家。2020年担任全国汽车标准化技术委员会电动车辆分委会副主任委员。2022年，担任第十三届福建省政协委员。2023年辞去宁德时代的职位后，仍继续担任宁德时代首席科学家，同时担任公司电化学储能技术国家工程研究中心主任；同年，兼任全国汽标委委员及其电动车辆分标委副主任委员。2024年上海交通大学讲席教授。

吴凯长期致力于锂电池前沿化学体系、高效系统集成、高速高精制造和工程应用技术领域。

刘同超，阿贡国家实验室助理化学家。博士毕业于北京大学，他的研究集中在正极材料和多尺度高级表征。他感兴趣的具体领域包括富镍和无钴阴极、富锂阴极、浓度梯度阴极设计，以及使用基于原位同步加速器的 X 射线技术了解失效化学。

在本文中，作者提出了一种方法，通过重结晶技术，将商业化多晶锂（poly-Li）直接转化为具有单一晶面的各种单晶锂金属负极。通过阐明不同锂晶面的扩散动力学和力学特性，发现单晶Li（110）具有最低的扩散势垒（0.02 eV），比多晶锂的0.2 eV低一个数量级，并且杨氏模量从9.42 GPa降低到2.71 GPa，降低了71%。在固态电池中使用单晶Li（110），可以将临界电流密度提高一个数量级，并且锂金属电池的循环稳定性提高了五倍。这一调控晶面的策略将有效解决实现高能量密度电池的关键挑战。

图1：具有不同晶面的单晶锂

图2：不同晶面单晶锂的动力学表征

图3：单晶Li（110）金属负极在液态电解质中的电化学稳定性

图4：不同晶面单晶锂的力学性能

图5：固体电解质单晶Li（110）金属负极的电化学性能

这项研究成功制备了单晶Li（110），并证明了其在固态电池中具有显著的性能优势。其超低的自扩散势垒和低杨氏模量有效缓解了锂金属负极与固态电解质界面的应力积累，显著提高了电池的临界电流密度和循环稳定性。这一成果为高能量密度可充电电池的发展提供了新的思路和方法。

Chen, H., Zhao, Y., Zhang, X. et al. Synthesis of monocrystalline lithium for high-critical-current-density solid-state batteries.Nat. Synth(2025). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00712-4