祝贺唐吉敏博士在宽温域锂金属电池电解液研究成果在Nature Communications发表
日期：2025-08-30
近日，吉林大学物理学院新型电池物理与技术教育部重点实验室杜菲教授、姜珩教授、魏芷宣教授、浙江大学陆俊教授合作在锂金属电池研究方面取得重要进展，通过“邻近基团参与效应”（Neighboring Group Participation, NGP），成功实现了锂金属电池在-40℃至60℃宽温度范围内的稳定循环。相关成果以“Neighboring alkenyl group participated ether-based electrolyte for wide-temperature lithium metal batteries”为题，于2025年8月在线发表在《自然通讯》(Nature Communications)上。
金属锂负极因其高的理论比容量（3860 mAh g-1）与低的负电位（-3.04 V vs. SHE），被视为突破现有锂离子电池能量密度瓶颈的最佳选择。然而，其实际应用仍面临诸多挑战：锂枝晶的不可控生长、剧烈的界面副反应，以及在低温条件下因脱溶剂化能垒升高而导致的离子传输动力学迟滞。这些问题严重制约了锂金属电池的循环寿命。当前，改善低温性能的策略主要包括引入低熔点溶剂、含氟溶剂或添加剂，但这些方法往往伴随成本高昂、环境兼容性差、以及所形成SEI（固体电解质界面）机械性能不佳等问题。
研究团队以1,2-二甲氧基乙烷（DME）、二丙醚（DPE）为参照，构建了具有“准弱溶剂化”结构的烯丙基醚（AE）电解质。该设计依托于AE端基的C=C的π电子与Li+形成的准三齿弱配位模式，不仅显著降低了脱溶剂化能垒，还通过NGP效应引导FSI–阴离子在锂金属表面优先吸附和分解，形成具有双层构型的SEI：外层为电子绝缘的LiF-rich层，内层为离子导电的Li2O-rich层，兼具抑制副反应和促进Li+传输的双重功能。同时通过拉曼、2D NMR、XPS、cryo-TEM、TOF-SIMS等多种手段，结合分子动力学（MD）和从头算分子动力学（AIMD）模拟，全面揭示了NGP效应在调控溶剂化结构和促进SEI形成中的作用机制。
电化学结果显示，该AE电解质在-40°C至60°C的宽温域范围内均表现出卓越的电化学性能：25 °C库仑效率高达99.64%，-40 °C仍保持98.86%，60 °C条件下可保持为99.13%，均显著优于DME与DPE体系，并实现无枝晶的均匀沉积；将50 μm薄锂负极与3.5 mAh cm-2硫化聚丙烯腈（SPAN）正极匹配，构建N/P=2.9的全电池，在25°C循环150次后容量保持率达93.1%，即使在-40°C仍可维持78%的室温容量，同时软包电池在不同温度下经历100次循环后容量保持率均超过72%。该研究通过简洁的分子末端烯烃官能化策略，降低了对昂贵含氟溶剂的依赖，为推动电池在极端温度条件下的储能与动力应用提供了新途径。
