科學家基于“競爭配位”提出電解液設計策略

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員陳劍團隊在鋰金屬電池電解液設計方面取得新進展。團隊提出了一種通過“競爭配位”調控鋰離子溶劑化結構的電解液設計策略，為構筑高穩定性金屬鋰負極提供了新途徑。相關成果發表在《儲能材料》。

金屬鋰負極是高比能電池的關鍵材料。然而，鋰負極在循環中面臨嚴重的界面副反應與枝晶生長等問題，制約其實際應用。電解液中鋰離子的去溶劑化行為直接決定了界面反應路徑和固體電解質界面層（SEI）的組成與結構。因此，精準調控Li?的溶劑化結構，是引導界面良性演化和抑制枝晶的重要手段。

傳統策略依賴高濃度含氟組分在電極表面被動形成保護膜。本工作中，團隊提出一種主動“剪裁”鋰離子溶劑化鞘層的新方法，設計了一種三元溶劑，以氟代碳酸乙烯酯（FEC）和甲基三氟乙基碳酸酯（FEMC）為基礎溶劑，創新性地引入具有更強Li⁺配位能力的碳酸二甲酯（DMC）作為溶劑化結構調節劑。兩種氟化溶劑對Li⁺的配位能力較弱，單獨使用時Li⁺的溶劑化鞘層穩定性不足，導致氟化溶劑分子在鋰負極界面發生不可控分解反應。憑借與Li⁺更強的配位能力，DMC在競爭配位中優先占據鋰離子的第一溶劑化鞘層，重構了鋰離子的溶劑化結構。當鋰離子在負極表面發生電荷轉移時，DMC優先于氟化溶劑發生解離，從而抑制了FEC、FEMC在負極界面的過度分解，從源頭調控了界面化學反應路徑。

該工作無需依賴昂貴的全氟化溶劑，僅通過調控不同溶劑組分對鋰離子的競爭配位關系，即可實現對電極/電解液界面化學的定向調控。這一“以競爭促調控”的設計理念，為下一代高性能鋰金屬電池電解液的理性設計提供了新思路。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2026.105401