目前，基于锂离子插层化学的传统锂电池已经无法满足各种新兴领域对锂电池的能量密度的需求。以高能量密度著称的锂金属电池（LMB）作为具有前景的下一代先进储能技术再次受到了人们的关注。其中，无负极锂金属电池（AF-LMB）更是省去了初始负极活性材料的使用，在将电池能量密度提升到极限的同时还减少电池生产成本，是一种理想的高能量密度体系。
然而，没有负极侧的稳定宿主材料的保护或过量活性锂的补偿，在循环过程中由“死锂”的产生以及电解液和金属锂之间的副反应所导致的锂资源的不可逆损耗都会直接体现在电池容量的损失上。因此，无负极金属锂电池的循环寿命面临着较大挑战。
为了缓解上述问题，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心怀柔研究部HE-E01组，北京清洁能源前沿研究中心索鎏敏研究员课题组在前期工作中提出了一系列综合解决方案：包括将一种新型的富锂三元层状正极Li₂[Ni₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁]O₂（Li₂NCM811）应用于AF-LMB以提升电池寿命，同时避免了锂箔滥用导致的电池能量密度损失（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 8289–8296.）；以及将一种功能集流体应用于AF-LMB负极侧，以促进金属锂的高效利用，进而提升电池寿命（Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2003709.）。
这两种方案分别从正、负极入手优化AF-LMB，是一组相辅相成的综合解决方案，结合使用可进一步延长AF-LMB在高能量密度下的循环寿命。近日，该组博士后林良栋在索鎏敏研究员指导下对上述方案进行了拓展。首先，提出了将无钴的富锂尖晶石正极Li₂Ni₀.₅Mn₁.₅O₄（L₂NMO）应用于AF-LMB，以延长循环寿命。由于钴资源限制问题，研究者们开始将目光集中于新型的无钴储能体系。
综合考量价格和能量密度后，使用高压尖晶石正极LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄（LNMO）的AF-LMB是理想的候选者，可应用于价格敏感的众多领域。然而，它也同样面临着循环寿命上的严峻挑战。使用富锂L₂NMO替代LNMO正极应用于AF-LMB，可以显著提升电池的循环寿命，同时避免了使用金属锂箔所带来的诸多问题。富锂L₂NMO的使用不会对电池能量密度造成显著的负面影响。
原位XRD验证了L₂NMO与LNMO之间的可逆转化。将L₂NMO应用于AF-LMB中，电池的容量保持率明显高于使用普通LNMO的电池。