南航申来法教授AFM协同界面-体相溶剂化结构以实现快充/低温锂离子电池

第一作者：胡阳

通讯作者：申来法*

单位：南京航空航天大学，上海空间电源研究所

为应对全球环境挑战并服务国家“双碳”战略重大需求，发展新能源技术已成为全球竞争焦点。锂离子电池虽具有高能量密度等优势，但其低温应用仍存在严峻瓶颈：在0 °C以下时，容量急剧衰减甚至无法工作。究其根源，一方面石墨负极电压窗口窄，易引发锂枝晶；另一方面传统电解液凝固点高、离子电导率低，严重阻碍低温下的离子传输与界面反应。因此，如何系统破解上述关键技术瓶颈，已成为推动锂离子电池在低温环境下实现规模化应用的核心挑战。

近日，南京航空航天大学申来法教授团队提出一种协同调控界面-体相溶剂化策略，通过局域高浓度策略重构电解液微环境，构建阴离子富集的溶剂化结构。该策略显著提升了离子迁移数，降低锂离子脱溶剂化能垒，并形成稳固的无机富集SEI膜。采用该电解液的石墨/三元正极电池在5C倍率下容量达108.2 mAh g⁻¹，2C循环300次后容量保持率达94.1%，且在-70°C超低温环境下稳定工作，为发展先进低温电池提供了新思路。研究成果发表于《Advanced Functional Materials》，第一作者为硕士生胡阳，通讯作者为申来法教授。

本研究提出的协同调控界面-体相溶剂化策略，从根本上克服了传统电解液在低温下脱溶剂化缓慢、粘度高、电导率低等瓶颈。通过构建阴离子主导的溶剂化结构与高无机含量SEI界面，同步实现了快速离子传输与高界面稳定性，为低温电池系统提供了创新的电解液设计策略。

优化后的电解液在多项关键性能上实现突破：具有更低的凝固点与粘度、更高的离子电导率与锂离子迁移数，显著改善了界面润湿性。其溶剂化结构中CIP与AGG比例的提高，有效促进了脱溶剂化动力学，为高倍率与低温运行奠定基础。

该电解液在-70°C至25°C范围内均使电池表现出优异性能：常温5C倍率容量达108.2 mAh g⁻¹，2C循环300周容量保持率94.1%；-20°C容量为80.7 mAh g⁻¹，-40°C循环100周后仍保持94.9%容量。此外，电池成功实现了-50 °C充放电与-70 °C稳定运行，展现出卓越的低温性能。

应用优化的电解液，石墨电极表面构筑了薄而均匀、富含无机成分的稳定SEI膜。此界面层能显著抑制锂枝晶生长，减轻副反应，确保电极结构完整。相较于传统电解液形成的厚而不均、高有机含量SEI膜，电池的界面稳定性与循环寿命均实现显著提升。

Synergistic Interfacial-Bulk Solvation Enables Fast-Charging and Low Temperature Li-Ion Batteries

申来法教授简介：南航材料学院教授、博导，国家级青年人才、德国马普固体所洪堡学者（合作导师Joachim Maier教授和余彦教授）；南航材料学院副院长、江苏省高效储能材料与技术重点实验室副主任。从事高功率化学电源材料与器件及在航空航天领域应用研究。以第一/通讯作者在Nature Energy, Nature Commun. Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表多篇高影响力论文，H-index 72。荣获国际电化学会“电化学材料科学奖”、江苏省科学技术奖二等奖、中国青少年科技创新奖；团队与中科大余彦教授联合招收博士后（年薪30万起步，另加江苏省卓越博士后计划30万/2年）；团队招聘青年教师（相关政策参考

https://rsc.nuaa.edu.cn/2025/0506/c381a374499/page.htm）。有意者请将个人简历及主要科研成果发送至邮箱：lfshen@nuaa.edu.cn