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醚类电解质因其低熔点和低粘度，在下一代锂离子电池中展现出巨大潜力。然而，其强大的溶剂化能力会促进有害的Li⁺-溶剂共嵌入，导致石墨剥离，限制了实际应用。
在此，西北工业大学谢科予，南开大学金婷，华中科技大学吉晓等人采用醚类溶剂的拓扑结构工程，并论证了电子效应（由ESPₘₐₓ定义的电正性/由ESPₘᵢₙ定义的电负性）与溶剂体积在调控石墨储锂行为中的协同机制。
团队发现，Li⁺-溶剂复合物稳定性的增加（表现为增强的|ESPₘᵢₙ - ESPₘₐₓ|）和体积的减小会增强共嵌入趋势。这需要使用富含基础结构（-C₂H₄O-）和较短末端烷基链（-C₂H₄）的溶剂。
此外，本文揭示了在Li⁺-醚共嵌入过程中容量衰减的主要原因是固体电解质界面膜的持续破裂和重新形成。这项工作为设计与石墨兼容的醚类电解质提供了新的见解，为开发高性能锂离子电池开辟了新途径。
图1. 石墨的锂存储机制
总之，该工作通过基础结构的扩展和末端烷基链的延长，提出了一种通过醚类溶剂的拓扑设计来增强醚类电解质与石墨相容性的有效策略。我们揭示了一种涉及电子效应和体积效应的协同机制，该机制调控着锂的嵌入行为。
具体而言，|ESPₘᵢₙ| - ESPₘₐₓ的增加和溶剂体积的减小促进了储锂机制从可逆的（脱）嵌入，经过过渡态，向完全共嵌入的演变。对于溶剂结构调控，具有丰富基础结构（-C₂H₄O-）和较短末端烷基链（-C₂H₄）的分子构型表现出更强的Li⁺-醚共嵌入倾向。在LiFePO₄||石墨软包电池中，优化后的DPE基电解质在-20°C下相比常见的DME基电解质表现出优异的比容量和循环性能。
值得注意的是，尽管DPE的Li⁺配位能力较弱——这促进了阴离子富集的溶剂化结构——但其脱溶剂过程营造了一个溶剂富集的界面环境，导致形成了坚固的醚衍生SEI层，有效抑制了不希望的溶剂共嵌入。此外，我们阐明了由Li⁺-醚共嵌入引起的容量衰减源于SEI的持续破坏和再生，而非结构坍塌。这一见解挑战了传统假设，并为降解机制提供了更深层次的理解。溶剂的拓扑结构设计为先进石墨基锂电池的电解质设计提供了有价值的指导。
图2. 设计电解液中石墨的电化学行为及结构特征
Topological Structure Design of Ether Solvents for Lithium Storage Chemistry in Graphite Anode, Angewandte Chemie International Edition 2025 DOI: 10.1002/anie.202514696
金婷，博士，南开大学副教授， 研究领域：钠离子电池，电极/电解液界面，高压/宽温域电解液。长期从事钠离子电池关键材料及电极/电解液界面研究，在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Chem. Soc. Rev.等学术期刊上发表论文40余篇。
吉晓 华中科技大学 教授 目前以第一作者、共同第一作者或通讯作者在Science, Nature Energy（2）, Nature Nanotechnology，Advanced Materials等期刊发表论文17篇。共发表学术论文80余篇，被引次数超18400余次，H-index为68。
谢科予 西北工业大学材料学院副教授/教授 迄今为止，主持/完成科技部、基金委等国家级重点项目，在包括Nature Communications、Advanced Materials、JACS、Angew等在内的SCI期刊上发表学术论文130余篇。
