华中科技大学最新Nature

2025-07-18

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iNature

锂（Li）金属阳极与高镍阴极的组合被认为有望超过500 Wh kg⁻¹阈值。接近如此高的能量密度，能够稳定阳极和阴极界面的电解质对于确保安全和长期的循环至关重要。尽管阴离子衍生的无机界面在Li侧显示出显著的成功，但开发同时保护两个电极的内在策略仍然是一个关键挑战。

2025年7月16日，华中科技大学黄云辉、袁利霞、浙江大学陆俊共同通讯在Nature在线发表题为“Liquid–liquid interfacial tension stabilized Li-metal batteries”的研究论文，该研究报告了一种用于电解质设计的微乳液策略，该策略绕过Li+溶剂化调节，为两个电极产生富氟界面。

具体来说，胶束和碳酸盐溶剂之间的液-液界面张力，而不是电场，推动氟化液滴向阳极和阴极运动。通过这种方式，可以增强两个电极的界面结构，并将其与溶剂化结构策略解耦。液-液界面张力的引入为界面调节和电解质设计提供了前景，并为高压锂金属电池的发展铺平了道路。

锂（Li）金属阳极和高度脱锂阴极的界面不稳定性仍然是高压锂金属电池（LMBs）的前景和实践之间的主要挑战。目前用于LMB的电解质设计主要集中在定制Li⁺阴离子溶剂化结构，以形成阴离子衍生的固体电解质界面（SEI），这是一种稳定锂金属阳极的有效策略。然而，这种方法可能无法充分解决阴极电解质界面（CEI）的形成问题，与SEI动力学相比，单向电场和Li+浓度梯度从根本上改变了Li⁺-阴离子相互作用的作用。缺乏同时稳定两个间期的统一原则，突显了独立于Li+协调的策略的必要性。

该研究提出基于液-液界面张力（γL–L）的界面调控新策略，发明了一类新型的微乳电解液，成功将溶解性较差的功能性溶剂组分引入至电解液体系。通过分子设计，使全氟溶剂与局部氟化两亲性溶剂通过分子间作用力络合形成微乳胶团（50-120 nm），将氟化相均匀稳定地分散于电解液连续相中，进一步利用γL–L驱动力使这些功能组分迁移，同步富集于正负极界面，构建梯度分布的氟化界面溶剂化层。

基于Li+溶剂化策略（a）和微乳液策略（b）的Li⁺传输行为以及在电解质充电过程中阴极和阳极界面演变的示意图（图源自Nature）

这种不依赖电场方向和浓度梯度的界面结构构建方式，有效解耦了溶剂化结构和界面保护机制，减弱了高活性溶剂与电极的接触，显著抑制了界面副反应，实现了对正负极界面协同的动态保护。该研究提出的界面张力驱动的“微乳电解液”策略，不仅突破了传统电解液组分设计的限制，还通过物理场驱动机制实现了高电压条件下正负极界面的动态协同稳定，为实现电池高能量密度、高稳定和高安全提供了新的解决方案。

参考信息：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09293-4

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