电解液工程在调控锂沉积/剥离行为方面起着至关重要的作用。然而，如何理解电解液微观结构如何在分子层面上影响锂沉积/剥离过程仍然是一个重大挑战。
在此，中国科学院长春应用化学研究所明军、Ma Zheng、谢宏亮等人以一种常用的醚基电解液为模型，阐明了电解液各组分的作用，并通过研究电解液组成（包括溶剂、盐和添加剂）的影响，建立了电解液行为与锂沉积/剥离过程之间的关系。
通过表征锂沉积过电位和交换电流密度，分析了Li+沉积动力学的变化，此外作者建立了一个界面模型，解释了溶剂相互作用、阴离子作用的不同角色以及添加剂的关键影响如何影响Li+脱溶剂动力学以及锂沉积/剥离过程中的脱溶剂簇的热力学稳定性。该模型阐明了溶剂和离子的配置如何与锂沉积/剥离化学过程的宏观特性相关联。
图1. 不同电解液中溶剂化结构的2D NMR谱图及示意描述
总之，该工作建立了一个分子级电解液溶剂化结构和界面模型，以阐明电解液各组分的作用，旨在识别锂金属电池性能变化背后的关键因素。通过在分子尺度上建立锂沉积/剥离行为与电解液组成之间的关系，作者提出了一种新的方法，揭示了常用的DME基电解液中DOL溶剂和LiNO3添加剂的作用，同时采用了多种锂盐。
此外，基于所提出的Li+溶剂化结构和界面模型，解释了为什么FSI−阴离子优于TFSI−。这些发现突出了电解液组分如何影响Li+溶剂化结构和脱溶剂过程，从而影响锂沉积动力学、过电位、交换电流密度和锂沉积形貌。因此，该工作为电解液工程调控锂电镀/剥离行为提供了新的视角，推动了稳定锂金属负极的开发，并促进了锂金属电池领域的发展。
图2. 电池性能
Electrolyte Solvent-Ion Configuration Deciphering Lithium Plating/Stripping Chemistry for High-Performance Lithium Metal Battery, Advanced Functional Materials 2025 DOI: 10.1002/adfm.202420327
明军 研究员，博士生导师。2012年博士毕业于中科院长春应化所，2012-2017年先后在韩国汉阳大学、日本东京大学、沙特阿卜杜拉国王科技大学从事博士后研究工作。研究课题主要包括金属（离子）（锂、钠、钾）电池材料及电解液关键问题及技术等。2017年12月入职中科院长春应化所。研究内容立足于基础，以解决企业界在电池材料制备、电解液配方以及电池设计等方面的难题为目标，服务于电池产品的实际应用。