昆明理工大学锂电团队成方&杨晓萍等人：富阴离子和FEC协同配位弱溶剂化结构调控构筑高稳定性LMB界面

锂金属电池（LMB）作为极具应用前景的下一代高比能二次电池，近年来备受关注。然而，LMBs的实际应用有诸多关键问题亟待解决，主要包括：锂离子传输动力学缓慢、电极-电解质界面（EEIs）不稳定、锂枝晶不可控生长及其导致的性能衰退和安全隐患等。调控锂离子溶剂化结构是解决上述问题行之有效的办法，其不仅可以改变锂离子溶剂化配位环境和传输动力学行为，还能重构高稳定性EEIs并抑制锂枝晶生长，对于LMBs的研发和实用化有重要影响，但仍然具有挑战性。

近日，昆明理工大学锂电团队成方（特聘副教授）、杨晓萍（特聘教授）、张英杰教授，联合云南大学刘世熙教授等人，利用多种阴离子和FEC分子与锂离子的竞争配位优势，设计了一种富阴离子（NO₃⁻ , TFSI⁻ , BF₄⁻ )和FEC协同配位的锂离子弱溶剂化结构，结合DFT计算、MD模拟、NMR和Raman表征，证实这些功能化阴离子和FEC分子主导了锂离子第一溶剂化壳层。进一步地，通过半电池和全电池测试，以及系统的理化表征分析，验证了这种特殊的弱溶剂化结构对于构筑高稳定性EEIs，加速锂离子传输动力学及抑制锂枝晶生长的重要作用，从而协同地实现LMB性能的全面提升。该研究成果以“Tailoring anion-enriched and fluoroethylene carbonate coordinated weak solvation structure for interfacial-stable lithium metal batteries”为题发表在国际学术期刊Journal of Colloid And Interface Science，23级硕士研究生张茂霖为本文第一作者。

DFT计算表明，多种阴离子（NO₃⁻ , TFSI⁻ , BF₄⁻）和FEC分子与锂离子之间具有更强的结合能，使其具有竞争配位优势并优先与锂离子配位。MD模拟，NMR和Raman表征进一步证实，锂离子第一溶剂化壳层主要由多种阴离子和FEC分子协同主导，大幅减少锂离子与电解液中的溶剂分子（DME和DOL）配位，形成特殊的弱溶剂化结构，显著降低锂离子去溶剂化能垒并加速锂离子脱溶剂化过程，增强锂离子传输动力学。

DFT计算、CV测试、XPS分析和TEM观测结果表明，锂离子弱溶剂化结构的形成显著改变了电解液的热力学稳定性和氧化还原特性，使得第一溶剂化壳层内配位的多种阴离子和FEC分子在电极表现优先发生氧化还原分解，参与EEIs形成。并且，分解产生的大量功能化无机组分（如LiF, Li₃N, B-O, Li₂O等）显著改善EEIs电化学性质、形貌结构、离子电导率和机械性能，从而实现富无机组分功能化EEIs的重构，显著提升EEIs循环稳定性。

得益于去溶剂化能垒降低、界面传输动力学增强和高稳定性功能化EEIs重构，Li/Cu半电池和Li/Li对称电池实现库伦效率和循环稳定性的显著提升。并且，原位光学显微镜观察到近乎无枝晶的生长形貌。进一步地，在实用条件下（高正极负载：14 mg cm⁻²，低N/P：6/1，低电解液用量：24 ul mAh⁻²）组装的Li/LFP全电池表现出优异的倍率性能和循环寿命。半电池和全电池优异的电化学性能很好地验证了该研究所设计的富阴离子和FEC协同配位弱溶剂化结构功能化电解液的实效性，为高性能LMBs研发及其功能化电解液设计提供有效的解决方案。

Maolin Zhang, Rui Hao, Xiaoping Yang*, Fan Yang, Zhaoxia Xu, Shixi Liu*, Shouyi Yuan, Yubo Xing, Hao Wu, Yannan Zhang, Yiyong Zhang, Wen Lu, Peng Dong, Yingjie Zhang*, Fang Cheng*. Tailoring anion-enriched and fluoroethylene carbonate coordinated weak solvation structure for interfacial-stable lithium metal batteries. Journal of Colloid and Interface Science 710 (2026) 140027.