局部高浓度电解质（LHCEs）在锂金属电池中表现出良好性能，然而对于稀释剂与溶剂之间的分子间相互作用如何调控溶剂化结构和界面层结构的了解仍然有限。
在此，南方科技大学赵天寿院士、李一举，西北工业大学王天帅等人报道了一种LHCE，其中稀释剂与溶剂之间强氢键作用改变了“柔性”溶剂分子的构象和极性，从而有效调控了锂离子的溶剂化结构，并促进了坚固电极界面的形成。2,5-二甲基四氢呋喃（2,5-THF）溶剂的“柔性”链O-CH-CH₃末端氢原子与三氟甲苯（BTF）稀释剂中氟原子形成强氢键，从而扩大2,5-THF分子的键角。增大的键角增加了2,5-THF的空间位阻并降低了其极性。这导致溶剂化结构中阴离子含量增加，进而提升了锂负极和硫化聚丙烯腈（SPAN）正极的性能。第一作者为南方科技大学博士研究生陈璐。
基于此，锂负极的库仑效率（CE）高达99.4%。所组装的Li||SPAN电池展现出出色的稳定性，在700次循环中平均CE达到99.8%。此外，Li||SPAN软包电池能够以301.4 Wh kg-1的高能量密度稳定循环。
图1. 溶剂化结构差异示意图
总之，该工作证实了LHCEs中溶剂的分子结构可通过稀释剂分子进行调控，从而优化溶剂化结构，以实现高能量密度且长循环寿命的LMBs。“柔性”2,5-THF溶剂分子与BTF稀释剂分子之间的氢键相互作用，增大了2,5-THF分子中“柔性”-O-CH-CH₃链段的O-C-C键的键角，这增加了2,5-THF的空间位阻并降低了其极性。
经过优化的2,5-THF分子与锂离子的配位作用减弱，形成了富含阴离子的溶剂化簇。这有利于构建富含无机物的SEI层和CEI层，促进锂的均匀沉积，并抑制SPAN正极中LiPSs的穿梭效应。基于此，LMA的库仑效率提高至99.4%。
此外，SPAN正极展现出出色的稳定性，在700次循环中平均库仑效率高达99.8%。所组装的Li||SPAN软包电池能够以301.4 Wh kg-1的高能量密度循环超过70次。因此，该工作有望为设计用于高性能锂金属电池的局部高浓度电解质提供一种有效途径。
图2. 电池性能
A “Flexible” Solvent Molecule Enabling High‐Performance Lithium Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2025 DOI: 10.1002/anie.202422791