锂金属电池（LMBs）中电极/电解质界面发生的副反应显著影响了电池的循环寿命。然而，目前尚未建立能够定性和定量分析这些界面反应的全面观点。
在此，宁德时代21C创新实验室欧阳楚英，王瀚森等人通过结合多种分析技术，系统地研究了含醚基非水电解质溶液的锂金属电池中的界面反应。作者定量监测了多种纳米尺度驱动的过程，如锂盐和有机溶剂的还原与氧化路径、各种固体电解质界面相（SEI）物种的形成、电池内气体的产生以及电极间的串扰过程。研究发现，由于锂双（氟磺酰）亚胺盐（LiFSI）的持续分解主导了界面反应，导致放电过程中锂离子耗尽和电池失效。
基于此，作者提出了一种电解质配方，在不影响动态粘度和体相离子电导率的前提下最大化LiFSI含量，以实现长循环性能。采用这一策略，作者组装并测试了锂（20 μm厚度）||LiNi0.9Mn0.1Co0.1O2（活性材料负载量为17.1 mg cm⁻²）单层堆叠软包电池，在贫电解质条件下（2.1 g Ah⁻¹），电池在25 °C下可稳定循环483次充放电（0.2 C或28 mA充电，1 C或140 mA放电），放电容量保持率约为77%。
图1. 电池界面反应路径及其与LMB的失效相关联
总之，该工作提出的应用驱动电解质设计策略有效延长了锂金属电池在实际条件下的循环寿命，但仍需进一步创新以提高锂金属在循环中的可逆性。设计非水电解质溶液时，电解质组分需具备高阴极稳定性和弱溶剂化能，以抑制负极侧的电解质降解。以往研究仅通过调节溶剂实现这一目标，但收效有限，关键问题在于盐衍生组分的还原行为。未来需设计具有高阴极稳定性的盐阴离子或更坚固的SEI以抑制界面副反应。此外，开发具有预定义界面和结构的锂宿主材料也是潜在解决方案，但其机械完整性和可扩展性仍需验证。
图2. 在实际条件下设计用于长循环LMB的非水系电解液
Application-driven design of non-aqueous electrolyte solutions through quantification of interfacial reactions in lithium metal batteries, 2025 Nature Nanotechnology DOI:10.1038/s41565-025-01935-y
欧阳楚英 中科院物理所获凝聚态物理专业博士，瑞士联邦理工学院（EPFL）物理系博士后。 曾任江西师范大学首席教授、韩国科学技术研究院访问学者。 现任宁德时代董事、研发体系联席总裁、宁德时代创新实验室常务副主任，兼任江西师范大学教授。
王瀚森 毕业于清华大学化工系，斯坦福大学2016级MSE博士，方向为高能长循环金属锂电池技术开发。目前在宁德时代从事研发工作，主要聚焦于锂金属电池相关技术的研究。