锂硫（Li-S）电池凭借超过700 Wh kg-1的实际能量密度，被视为超越现有锂离子电池的下一代储能体系。然而，其商业化仍受限于锂金属负极与含多硫化物电解液之间的有害界面反应。
2025年7月21号，青岛科技大学刘治明、李桂村、中科院青岛生物能源与过程研究所崔子立、崔光磊、山东师范大学Tao Liu在国际知名期刊Advanced Materials发表题为《Macromolecular Boron-Based Salt Enables Dense Interphases for Long-Cycling Lithium-Sulfur Batteries》的研究论文，Dejie Qu为论文的第一作者，刘治明、李桂村、崔光磊、Tao Liu、崔子立为论文的共同通讯作者。
研究提出一种分子工程策略：设计了一种新型硼基盐——全氟哌啶硼酸锂（LiFPB），以强化固态电解质界面（SEI），实现长循环Li-S电池。LiFPB阴离子具有更高的质荷比和更大的空间位阻，表现出对亥姆霍兹双电层排斥的更强耐受性和更易被锂金属还原的特性，从而促进富含LiF和LiBxOy的坚韧SEI形成。
含LiFPB的电解液展现出优异的锂金属兼容性，库仑效率高达99.59%。因此，Li-S电池的容量保持率从200次循环后的50.9%提升至75.7%。该策略已成功放大至安时级Li-S软包电池，实现408 Wh kg-1的实际能量密度，并在75个循环内保持稳定。
本工作通过合理设计电解液盐，为开发长寿命Li-S电池提供了有效途径。
图 1. a) LiFPB 的化学结构。b) LiFPB 阴离子物种的质谱。c) LiFPB 在氘代二甲基亚砜 (DMSO-d6) 中的 11B NMR 和 d) 19F NMR 谱图。e) DOL、DME、TFSI–阴离子和 FPB–阴离子的计算 HOMO 与 LUMO 能级。f、g) LiFPB 与 LiTFSI 在锂表面的原子构型及其对应的结合能与差分电荷密度分布。
图 2. a) 使用不同电解质的 Li||Li 对称电池在 0.5 mA cm-2、1 mAh cm-2条件下的电压曲线；b) 不同电解质 Li||Li 对称电池在不同时刻的极化电压；c) 不同电解质 Li||Cu 电池在 0.5 mA cm-2、1 mAh cm-2条件下的库仑效率；d) 前100周期内不同电解质的累计不可逆容量；e) 采用不同电解质的 Li||Cu 电池在各循环的电压曲线（虚线：常规电解质；实线：含 LiFPB电解质）；f) Li||Cu 半电池中的Aurbach测试结果；g、h) 常规电解质及 i、j) 含 LiFPB 电解质在首圈后以不同面容量循环后的锂沉积 SEM 形貌（俯视与截面）。
图 3. 不同电解质中循环5次后沉积锂的XPS表征：a) 常规电解质中F 1s的XPS深度剖析；b) 含LiFPB电解质中F 1s的XPS深度剖析；c) 含LiFPB电解质中B 1s的XPS深度剖析。TOF-SIMS三维分布及对应映射图像：d) 常规电解质中Li2F+；e) 含LiFPB电解质中Li2F+；f) 含LiFPB电解质中BO2–；g) 不同电解质下SEI组分分布示意图。
图 4. a) 采用不同电解质的 Li||Li 对称电池的塔菲尔曲线对比；b) 常规电解质与含 LiFPB 电解质的 Li||Cu 电池在 0.2 mV s-1扫速下的循环伏安 (CV) 曲线；c) 含 LiFPB 电解质的 Li||S 电池在不同扫速下的 CV 曲线；d) 游离 DME、DME/DOL、LiTFSI-DME/DOL 以及 LiTFSI+LiFPB-DME/DOL 的拉曼光谱；e) 不同电解质在直流极化前后的电化学阻抗谱 (EIS)；f) 通过阿伦尼乌斯方程拟合得到的 SEI 中 Li+传输活化能；g) 采用不同电解质的锂硫电池倍率性能；h) 循环后锂金属负极杨氏模量对比的原子力显微镜 (AFM) 图像。
图 5. a) 硫载量为 1.2 mg cm-2的 Li-S 电池循环性能：前 3 圈 0.1 C，随后 0.2 C；b) 使用含 LiFPB 电解质的 Li-S 电池对应充放电曲线；不同电解质中 Li-S 电池循环 100 圈后的 dQ/dV 曲线：c) 常规电解质；d) 含 LiFPB 电解质；e) 在不同电解质中于不同电压下测试的 Li-S 电池原位电化学阻抗谱 (EIS)；f) 对应 EIS 的 DRT 曲线 γ(τ)；g) 硫载量 3.1 mg cm-2的 Li-S 电池循环性能：前 3 圈 0.1 C，随后 0.2 C；h) 不同循环次数下第二放电平台与第一放电平台容量比 Q2/Q1；i) 新鲜锂金属 SEM 形貌；j) 常规电解质中循环 40 圈后的锂金属 SEM；k) 含 LiFPB 电解质中循环 40 圈后的锂金属 SEM；l) 含 LiFPB 电解质中循环 100 圈后的锂金属 SEM。
图 6. a) Li-S 软包电池的比能量与循环稳定性；b) 施加电场下内亥姆霍兹层中阴离子排斥示意图；c) LiFPB 盐对锂负极保护作用示意。
作者设计并合成大分子硼盐LiFPB，通过高比电荷与低LUMO能级协同构建富含 LiF/LiBxOy的致密 SEI，使 Li-S 电池在 200 次循环后容量保持率由50.9%提升至 75.7%，并成功放大至408 Wh kg-1级软包电池。
该策略为下一代高能量长寿命锂硫储能系统提供了可规模化、低成本的电解液盐解决方案。
Macromolecular Boron-Based Salt Enables Dense Interphases for Long-Cycling Lithium-Sulfur Batteries, Adv. Mater., 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202505762.
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