弱相互作用的“四两拨千斤”：分子工程调控环状醚基电解液，助力高性能锂金属电池

在追求更高能量密度锂离子电池的研发进程中，锂金属负极因具备极高的理论比容量与极低的氧化还原电位，被普遍视为突破现有体系能量上限的关键方向。然而，锂金属在实际电化学环境中的沉积/剥离过程高度不稳定，容易诱发锂枝晶生长并带来短路与热失控风险；同时，其与传统酯类电解液的界面副反应剧烈，难以形成稳定、致密的SEI膜；在低温条件下，电解液黏度上升与离子传输/脱溶剂动力学受限又会进一步放大极化，导致容量快速衰减。由此可见，构建兼具界面稳定性与宽温域适应性的电解液体系，是推动锂金属电池走向实用化的核心挑战之一。

近日，河北科技大学王波教授团队联合厦门大学乔羽教授、邹业国副教授等，在顶级能源期刊《Nano Energy》上发表了题为“Molecular Engineering of Weak Intermolecular Interactions for Regulating Solvation and Interface in Cyclic Ether Electrolytes Enabling Robust Lithium Metal Batteries”的研究工作，提出了一种基于弱相互作用的溶剂化化学调节策略。该研究以四氢呋喃（THF）为基础溶剂体系，并引入低熔点稀释剂1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙基醚（TFTFE），通过分子工程方式对溶剂化结构与界面反应路径进行协同调节，从而实现对锂沉积行为与低温性能的同步优化。

本文的核心要点在于揭示了弱相互作用在电解液溶剂化结构调节中的关键作用。通过深入的机理研究，团队发现电解液中存在的弱相互作用（如偶极-偶极相互作用、阴离子-偶极相互作用）能够有效地削弱溶剂化结构中锂离子（Li+）与THF分子之间的结合力。这种对溶剂化壳层的微调极大地促进了锂离子的脱溶剂动力学过程，从而在界面处实现了均匀的锂沉积。实验结果显示，该电解液能够实现高达99.3%的锂沉积/剥离库仑效率，显著抑制了枝晶的产生。

在电池性能表现方面，该研究展现了极佳的实用化前景。采用该优化电解液的50 μmLi || LiFePO₄全电池，在5.0C的大倍率下能够稳定循环超过500次，展现出卓越的倍率性能。更为惊艳的是其低温表现，在-20°C的严苛环境下循环100次后，容量保持率仍高达95.7%。这一成果不仅凸显了弱相互作用在微调电解液物理化学性质中的重要性，也为设计高安全性、长寿命及宽温域锂金属电池提供了全新的分子级视角。