「国家杰青」夏永姚领衔!南京航空航天大学郑明波/刘振辉AFM | 三元阴离子驱动的溶剂化最小化策略用于弱溶剂化锂离子电池!

随着锂离子电池应用的不断扩大，对电池在快充、低温、高电压等极端条件下性能提升的需求日益增长。低成本弱溶剂在适用于快充和低温应用的先进电解液中展现出巨大潜力，但其电化学稳定性较差，限制了其与高电压正极的配合使用。设计出能够平衡界面稳定性、离子传输动力学、低温适应性和成本的电解液仍然面临挑战

在此，复旦大学夏永姚，南京航空航天大学郑明波、刘振辉等人提出了一种三元阴离子（PF₆⁻、TFSI⁻、DFOB⁻）驱动的、以代表性弱溶剂四氢呋喃（THF）为主成分的溶剂化最小化策略。

该策略在常规1.2 M浓度下实现了稳定的、以三元阴离子主导的溶剂化结构。因此，所设计的电解液即使在THF（其对氧化敏感，占比达97%）为主的体系中，也能在NCM811//Gr全电池中实现高达4.3–4.4 V的稳定工作。

该电解液在NCM811//Gr电池中同时实现了优异的快充性能（6 C倍率下循环2000次后容量保持率为76.8%）和出色的低温性能（-40°C下循环100次后容量保持率为95.1%）。此外，它还在实际NCM811//Gr软包电池中实现了500次稳定循环，并在NCM811//Si/C电池中表现出极具竞争力的性能。

图1. 不同电解质的电化学性能

总之，该工作通过三元阴离子调控策略，实现了中等浓度下溶剂化鞘中氧化敏感弱溶剂分子的最小化。该策略有效抑制了涉及弱溶剂分子的界面副反应，同时促进了由多种互补性阴离子分解组分形成的坚固SEI和CEI的生成。因此，所设计的电解液使NCM811//Gr全电池能够在4.3–4.4 V电压下稳定工作，并在快充或低温条件下保持高容量保持率和稳定的循环性能。

基于该电解液的NCM811//Gr软包电池在2 C倍率下可实现超过500次稳定循环，在-20°C下可实现超过100次稳定循环。即使在高负载的NCM811//Si/C全电池中，该电解液也表现出极具竞争力的性能。本工作中提出的策略促进了以三元阴离子主导的弱溶剂电解液的发展，为面向高电压、快充和低温锂离子电池提供了一条可行且成本效益高的路径。

图2. 软包电池性能

Ternary‐Anions‐Driven Minimized Solvent Coordination for Extreme Condition‐Adaptive Weakly Solvating Lithium‐Ion Batteries Electrolytes, Advanced Functional Materials 2025 DOI: 10.1002/adfm.202529170

夏永姚 复旦大学化学系、复旦大学新能源研究院教授，浙江师范大学客座教授、名誉教授。一直从事电化学储能材料和储能技术的基础和应用研究，包括液体锂 (钠) 离子电池（包括有机、水系和固态）、电化学电容器和新型储能体系等。 发表SCI论文399篇，包括Nat. Chem. (2), Sci. Adv. (1), Nat. Commun.(3), Angew. Chem. Int. Ed.(9), J. Am. Chem. Soc. (5),Energy Environ. Sci. (7), Adv. Mater.(6), J. Electrochem. Soc. (28)等，他引30000余次，H-index 92。

郑明波 南京航空航天大学 副教授 主要从事电化学储能材料与器件研究，包括：锂离子电池、钠离子电池、锂空气电池、全固态电池。已发表SCI论文150余篇，SCI他引9000余次，ESI高被引论文8篇，H因子为50。其中以第一作者或通讯作者身份在‌Angewandte Chemie International Edition，Advanced Functional Materials，Nano Letters，npj Computational Materials等期刊上发表SCI论文53篇。

刘振辉 南京航空航天大学 副教授

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