重磅!南京大学周豪慎,Nature⁺¹!

醚基电解液在锂金属负极体系中已展现出显著优势。

然而，在高电压全电池充电过程中，为接纳从正极释放的 Li⁺，溶剂分子和阴离子需要经历去溶剂化过程，这会进一步加剧电解液的氧化分解。

此外，随着长时间循环中电解液组分被持续消耗，其溶剂化结构也会发生显著改变，进而导致氧化还原稳定性不断下降。

为解决这一问题，来自南京大学的周豪慎等研究者在富阴离子醚基电解液中引入了一种靶向配体型反溶剂（targeted ligand anti-solvent，TLAS）。在静态条件下，由于 TLAS 与 Li⁺ 的结合能力相对较弱，因此几乎不参与 Li⁺ 的溶剂化过程。相关论文以题为“Single-phase gradient-solvation-electrolyte-stabilized Li metal batteries”于2026年07月08日发表在Nature上。

将传统以溶剂为主导的电解液溶剂化结构转变为富阴离子型结构，已成为提升锂（Li）沉积/剥离可逆性的普遍共识。

其中，醚基局部高浓度电解液（local high-concentration electrolytes，LHCEs）凭借优异的界面稳定性，在锂金属电池（lithium metal batteries，LMBs）应用中表现尤为突出。

尽管大多数 LHCEs 在 Li||Cu 半电池中均能实现相近的锂沉积/剥离库仑效率（>99.4%），但其在全电池中的实际性能却存在显著差异。

在真实电池运行过程中，强电场会影响离子和溶剂在正、负极之间的动态分布。

与此同时，为接纳正极释放出的新生 Li⁺，原有配位溶剂和阴离子必须发生解离，这一过程可能使易被氧化的活性组分暴露于高电位环境中。

反过来，电解液组分的持续降解又会削弱体系的氧化还原稳定性，进而损害 LHCEs 的长期循环耐久性。

针对锂金属电池中长期存在的界面寄生反应难题，本研究通过引入一种电场响应型靶向配体反溶剂（targeted ligand anti-solvent，TLAS），在单相电解液内部构建梯度溶剂化结构。

具体而言，高电压诱导 TLAS 发生空间取向转变，从而激活其在正极表面的配位能力，使界面反应不再依赖传统锂盐和溶剂的氧化分解路径（图1a）。

该策略的先进性已在一系列高能量密度锂金属软包电池中得到验证，其能量密度覆盖 450–600 Wh kg⁻¹，该电池循环150 次后仍可保持 96% 的容量；其循环寿命超过 750 次，并在循环后保持 80% 的初始容量。

该研究不仅为锂金属电池电解液设计开辟了一条切实可行的新路径，也为其他碱金属电池体系中的跨领域应用提供了重要指导。

图1 电解液界面行为。

图2 Li||NCM811全电池的电化学性能。

图3 电场响应型界面化学与界面膜演化。

图4 梯度溶剂化电解液在锂金属软包电池中的性能评估。

综上所述，研究者还在更高充电截止电压（4.4 V）条件下，验证了采用梯度溶剂化电解液（GSE）的软包电池所具备的长循环稳定性，并对贫电解液锂金属软包电池的失效机制进行了系统分析。

经过400次循环后，采用20 μm厚锂金属负极和面容量为4 mAh cm⁻²的NCM811正极的软包电池，仍保留了超过80%的活性锂，同时正极颗粒依然保持完整。这表明，电池失效主要源于电解液分解，而非电极材料失活。

上述结果进一步证实，所提出的GSE能够同时稳定正、负极界面，并有效缓解电解液的持续劣化，从而赋予电池优异的电化学性能。

基于这些研究发现，研究者进一步总结了未来锂金属电池电解液设计中若干值得重点关注的关键问题。

Yang, W., Cai, J., Chen, A. et al. Single-phase gradient-solvation-electrolyte-stabilized Li metal batteries. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10732-z

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10732-z