高能量密度锂金属电池需要高电压正极、低负/正容量比（N/P比）和贫电解质体系。尽管全氟化电解液存在严重腐蚀性，但由于酯类溶剂与锂金属负极的不相容性，酯类电解液发展停滞不前。
在此，昆明理工大学袁守怡，美国波士顿学院包俊伟，复旦大学王永刚等人设计了一种含大体积有机阳离子的新型硝酸盐（N-丙基-N-甲基吡咯烷硝酸盐，Py₁₃NO₃）以及一种新型线性酯类溶剂（二丙二醇甲醚乙酸酯，DPGMEA）。
作者通过将醚类分子骨架整合到酯溶剂，显著提升了硝酸盐的溶解性。最终开发的电解质体系包含1.2 M双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）、0.3 M Py₁₃NO₃和0.1 M二氟磷酸锂（LiPO₂F₂），溶剂为氟代碳酸乙烯酯（FEC）与DPGMEA的混合液（体积比2:8）。
结果显示，该电解质在高电压锂金属电池体系展现出优异的电化学性能，采用这一电解质的“1 Ah级”Li||LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂（NCM811）软包电池（N/P比≈1.2，电解质/容量比≈2.5 g Ah⁻¹）能够稳定循环超过150次，容量保持率达89.5%。
图1. 溶剂分子设计
总之，该工作设计了一种含大体积有机阳离子的新型硝酸盐（Py₁₃NO₃）及具有醚骨架结构的酯类溶剂（DPGMEA），用于锂金属电池体系。所开发的酯类电解质包含1.2 M LiFSI、0.3 M Py₁₃NO₃和0.1 M LiPO₂F₂，溶剂为FEC:DPGMEA（体积比2:8），专为Li||NCM811电池设计。
基于此，该电解质不仅展现出与醚类电解质相当的优异锂沉积性能，还能有效稳定NCM811正极的结构完整性。此外，该电解质体系显著提升了NCM811正极的热稳定性。采用该电解质组装的”Ah级”Li||NCM811软包电池可实现150次以上的长循环寿命，容量保持率接近90%。
因此，该工作为开发具有高硝酸盐溶解度的酯类电解质提供了新思路，推动了高电压锂金属电池的发展。
图2. 电池性能
Integrating Ethereal Molecular Backbones into the Ester Solvent with High Solubility of Nitrate for High-Voltage Li Metal Batteries, Advanced Materials 2025 DOI: 10.1002/adma.202501654
袁守怡 特聘教授, 硕士生导师,2021年以第四层次引进昆明理工大学冶金与能源工程学院。2022年获得云南省兴滇英才计划青年人才。硕、博均毕业于复旦大学物理化学专业，师从国家杰青王永刚教授及夏永姚教授。以独立一作及=或通讯作者发表多篇高水平论文，其中包括Energy & Environmental Science、Advanced Materials 等顶刊论文。