FIE稳定锂金属-电解液界面助力高能量密度电池发展
FIE 稳定锂金属-电解液界面助力高能量密度电池发展
论文标题： Stabilizing the Li metal–electrolyte interface: Electrolyte design strategies and synergistic optimization
期刊： ENGINEERING Energy
作者：Xiongwu Dong, Liang Chen, Xufeng Zhou, Zhaoping Liu
发表时间：24 Apr 2026
DOI： 10.1007/s11708-026-1063-3
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锂金属电池凭借 3860 mAh/g 超高理论比容量 与 -3.04 V（vs. 标准氢电极） 最负电位，成为突破 400–500 Wh/kg 能量密度瓶颈的核心体系。然而，锂金属–电解液界面的本征不稳定性引发 锂枝晶生长、SEI 反复破裂重构、活性锂与电解液持续不可逆消耗，严重制约其循环寿命与安全性。如何精准调控界面化学、构筑稳定 SEI、实现长循环高安全锂金属电池？近期， 宁波大学、中国科学院宁波材料所 团队在 ENGINEERING Energy 发表综述，系统梳理 添加剂、弱溶剂化 WSE、高浓/局域高浓 HCE/LHCE、新型分子设计 四大电解液核心策略，深入解析界面稳定机制、剖析单一策略局限，并提出 多策略协同优化 新路径，为下一代高能量密度锂金属电池电解液理性设计提供全面指引。
论文亮点
1. 系统性： 首次完整整合 添加剂、WSE、HCE/LHCE、新型分子设计 四大策略，建立统一的 电解液设计–界面化学–锂金属稳定性 关联框架
2. 机制深度： 从 溶剂化结构演化、界面反应路径、SEI 组成/结构调控、锂枝晶抑制 等维度，揭示界面稳定本质规律
3. 数据硬核： 覆盖 547 Wh/kg、500 Wh/kg、410 Wh/kg 等多体系高能量密度软包电池数据，循环寿命最高达 470 圈（80% 保持率）
4. 应用导向： 紧扣 高面容量正极、贫电解液、低 N/P 比 等工业苛刻条件，兼顾学术机理与产业化需求
5. 前瞻引领： 明确单一策略局限，提出 多策略协同、非反应型添加剂、无氟/低氟溶剂、机器学习高通量设计 等未来方向
论文概要
本文围绕 锂金属–电解液界面稳定，从表征方法、四大策略、协同优化、总结展望 四部分展开。
1、界面研究核心手段：计算模拟+SEI 表征
计算模拟： DFT 计算 HOMO/LUMO 评估氧化还原稳定性；MD 模拟定量解析Li?溶剂化结构与界面反应路径
先进表征： ssNMR 定量可逆锂/死锂/SEI 锂分布；Cryo-EM 纳米级分辨 SEI 层状结构；T-DEMS、E-G&IC 实现界面反应 定量解析
2、四大电解液设计策略
图 1 用于稳定锂金属–电解液界面的电解液设计策略
（ 1）添加剂策略
核心： 微量添加（<5 wt%） ，优先还原构筑稳定 SEI，兼容现有产线，成本低
代表： LiNO 3 诱导富 Li 2 O/LiOH 高离子电导 SEI； FEC 诱导富 LiF 高机械强度 SEI
协同： FEC+LiNO 3 平衡高离子传输与高化学稳定性 ，Li||Cu 半电池 CE>99%
局限：添加剂不可逆消耗，长循环失效
图2 锂金属电池中用于调控锂金属–电解液界面化学性质的添加剂策略
（2）弱溶剂化电解液 WSE
核心：引入低介电常数、弱溶剂化溶剂，降低 Li + 溶剂化能 与去溶剂化势垒，促进阴离子进入溶剂化鞘
效 果：诱导富 LiF/Li 2 O SEI，实现致密均匀锂沉积
性能：Li||NCM90 软包电池 365 Wh/kg，98 圈 90% 保持
局限：弱溶剂化溶剂还原稳定性差，易引发副反应
图 3 调控锂金属负极界面特性的弱溶剂化电解液（WSE）策略
（3）高浓/局域高浓电解液 HCE/LHCE
核心：高浓度锂盐构筑CIPs/ AGGs 阴离子主导溶剂化结构，优先还原形成富 无机 SEI （LiF、Li 2 O、Li 3 N、Li 2 S）
LHCE 优势：惰性稀释剂降低粘度、提升润湿性，保留核心溶剂化结构
性能：Li||NCM811 软包电池 500 Wh/kg，150 圈 92% 保持
局限：无机 SEI脆性大，锂体积变化易破裂；锂盐持续消耗
图 4 高浓度/局域高浓度电解液（HCE/LHCE）策略稳定锂金属–电解液界面的作用机制
（4）新型分子设计策略
核心：定向合成 新型锂盐、杂化溶剂、弱配位稀释剂 ，精准调控界面反应与溶剂化结构
代表：杂化溶剂 BMC 兼顾醚类还原稳定性与酯类氧化稳定性；弱配位稀释剂 HFTHP 诱导 内层富 Li 2 O/外层富 LiF 双层 SEI
性能：Li||NCM811 软包电池 410 Wh/kg，470 圈 80% 保持
局限： 多步合成、成本高 ，规模化难度大
图 5 锂金属电池中新型分子设计策略稳定电极–电解液界面（EEI）的作用机制
3、单一策略局限
添加剂： 循环中持续消耗 ，长循环失效
WSE：弱溶剂化溶剂 还原稳定性差 ，副反应多
HCE/LHCE：富无机 SEI易脆裂 ，锂盐持续消耗
新型分子： 合成复杂、成本高昂 ，产业化受限
图 6 面向锂金属–电解液界面的电解液设计策略的固有局限性
4、协同优化策略：突破单一策略瓶颈
思路： 多策略互补 ，克服各自缺陷，构筑 多功能、高稳定 界面
典型案例：
• LHCE+WSE+ 添加剂：弱溶剂化稀释剂 TFEE 调控溶剂化结构，LiFMDFB+AgNO 3 优化 SEI，Li||Cu 半电池 CE 高达 99.85% ，低温性能大幅提升
• LHCE+LiNO 3 ：在 0.94 g/Ah 贫电解液、5.1 mAh/cm 2 高面容量条件下，5.8 Ah 软包电池实现 503.3 Wh/kg，260 圈稳定循环 ，-40 ℃仍达 339 Wh/kg
机制：协同构筑 富无机、梯度异质、聚合物–无机复合 SEI，平衡 离子传输、机械强度、化学稳定性
图 7 提升锂金属–电解液界面稳定性的电解液协同设计策略
总结与展望
核心总结
1. 四大电解液策略均通过 调控溶剂化结构、诱导稳定 SEI 实现界面稳定，但各有局限
2. 协同设计 是突破瓶颈、提升界面长期稳定性的核心路径，可兼顾高能量密度与长循环
3. 综述建立 机理–策略–性能–局限 完整逻辑，为电解液理性设计提供系统框架
未来方向
1. 深化协同策略： 抑制 WSE 副反应、缓解 HCE/LHCE 锂盐消耗，延长电池寿命
2. 优化新型分子定位： 以 功能添加剂 形式融入成熟体系，兼顾性能与成本
3. 开发非反应型添加剂： 避免不可逆消耗，适配长循环需求
4. 发展低成本可持续电解液： 推进 无氟/低氟溶剂、低浓度电解液 ，降低成本与环境影响
5. 机器学习驱动高通量设计： 构建 数据筛选–模型预测–实验验证 闭环，加速高效电解液开发
原文信息
Xiongwu Dong, Liang Chen, Xufeng Zhou, Zhaoping Liu. Stabilizing the Li metal-electrolyte interface: Electrolyte design strategies and synergistic optimization. ENG.Energy DOI:10.1007/s11708-016-1063-3
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通讯作者简介
陈亮 ，博士，副研究员；江西于都人。1999-2003年，南昌大学化学系，获理学学士学位；
2003-2008年，中国 科学院 兰州化物所羰基合成与选择氧化国家重点实验室，获理学博士学位；
2008-2011年，加拿大国家研究 委员 会化学过程与环境技术研究所（渥太华），博士后；
2011- 2014年 ，中国 科学院 宁波材料所，博士后、助理研究员；
2014年12月，晋升为副研究员；
2016年入选中国 科学院 宁波材料所“春蕾行动”。
目前研究方向： 锂电池研究
联系方式： 0574-86324572 E-mail： cl@nimte.ac.cn
刘兆平 ，博士，研究员，博士生导师，入选科技部创新人才推进计划中青年科技创新领军人才、浙江省151人才计划、宁波市3315人才计划、宁波市领军和拔尖人才第一层次等，国家五一劳动奖章及浙江省五一劳动奖章获得者。自2008年加入中国 科学院 宁波材料所以来，创建动力锂电池工程实验室，目前担任国家石墨烯创新中心主任、中国 科学院 石墨烯工程实验室主任、石墨烯技术浙江省工程研究中心主任、动力锂电池浙江省工程研究中心主任。主要从事锂电池和石墨烯研究，已在Nature，Nature Energy, Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. , Adv. Mater.等学术期刊上发表论文300余篇，获他人引用2万余次；获授权发明专利300余项，其中PCT专利30项。承担了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、中国 科学院 重点部署项目、中国 科学院 科技服务网络计划项目、浙江省重点研发计划项目等科技项目30余项，带领团队实现了石墨烯和新一代动力锂电池材料等多项技术成果转移转化。入选国家级人才培养项目、中国 科学院 人才项目等，荣获全国五一劳动奖章、享受 国务院 政府特殊津贴，获评2025年浙江省“最美科技工作者”、宁波市有突出贡献专家等。
关于 ENG.Energy
ENGINEERING Energy （原 Frontiers in Energy ）是中国工程院院刊能源分刊，由中国工程院、上海交通大学和高等教育出版社共同主办。翁史烈 院士 和倪维斗 院士 为名誉主编，中国工程院 院士 黄震、周守为、苏义脑、彭苏萍担任主编。加拿大皇家 科学院 、加拿大工程院、中国工程院外籍 院士 张久俊，美国康涅狄格大学校长、教授Radenka Maric，上海交通大学教授Nicolas Alonso-Vante和巨永林担任副主编。
ENGINEERING Energy 已被SCIE、Ei Compendex、CAS、Scopus、INSPEC、Google Scholar、CSCD(中国科学引文数据库)、中国科技核心期刊等数据库收录。2024年影响因子为6.2,在“ENERGY & FUELS”学科分类中位列55位(55/182)，处于JCR Q2区。2024年度CiteScore为6.9，在“Energy”领域排名#77/299；2025年即时IF为 8.1 ，即时CiteScore为 9.0 。
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主题：电解液界面