在高压锂离子电池中，氟化氢（HF）引发的电极材料和界面的退化是一项重大挑战。然而，由于对消除HF的反应了解有限，且缺乏可靠的设计原则，开发先进的HF清除添加剂的研究进展受到了阻碍。
在此，浙江大学范修林、李如宏等人提出对24种添加剂进行能量分解分析，以阐明潜在的HF清除机制，并确定影响HF与添加剂反应的关键因素。研究结果表明，轨道贡献比（OCR）是HF与添加剂反应中化学键形成的关键决定因素。
具体而言，H⁺ 80%的OCR，F⁻ 53%的OCR，对于完成HF的消除至关重要。此外，作者提出了设计有效消除HF的添加剂的通用原则，并确定了HMDS是特别合适的候选添加剂，因为它对H⁺和F⁻离子均表现出最佳的OCR。
值得注意的是，仅添加1%（质量分数）的HMDS就能显著消除HF，抑制正极到负极的串扰行为，并限制电极和界面的退化。这种保护作用使石墨/LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂软包电池的性能得到显著提升，在2528次循环后仍能保持80%的容量。
图1. 各种添加剂对孤立的H⁺/F⁻/HF的清除能力分析
总之，该工作提出了一种通用的HF清除添加剂设计原则，并通过DFT计算和实验验证对其进行了验证。HF与添加剂之间的化学键受静电相互作用和轨道相互作用的共同影响，其中OCR被确定为设计HF清除添加剂的关键描述符。HMDS符合提出的轨道匹配规则，已被成功确定，并展现出卓越的HF清除能力，从而显著提升了LIBs的电化学性能。
仅添加1%（质量分数）的HMDS就能有效防止由HF侵蚀导致的电解液和电极材料的退化，使石墨/NCM811电池在2528次循环后仍能保持优异的80%的容量保持率，性能优于未添加HF清除添加剂的参照电池（1139次循环）。因此，该工作为开发有效的添加剂铺平道路，从而推动高性能LIBs的发展。
图2. HF清除添加剂的工作机理和设计原则
Deciphering the Purification Additive Chemistries for Ultra-Stable High-Voltage Lithium-Ion Batteries, Advanced Materials 2025 DOI: 10.1002/adma.202417285
范修林 研究员，浙江大学百人计划研究员，博士生导师。分别于2007年和2012年在浙江大学取得本科和博士学位（导师为陈立新教授），2013-2017年在马里兰大学从事博士后研究（合作导师为王春生教授），2017年被提升为助理研究科学家。2019年8月回国全职加入浙江大学材料科学与工程学院。过去10年来一直从事锂/钠离子电池电解液、固态电解质及相关界面方面的研究，在Nature Energy, Nature Nanotech., Chem, Joule, Nature Commun., Science Adv., Energy Environ. Sci., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem.等期刊发表论文。