热响应型单溶剂电解质：守护锂金属电池安全的“智能卫士”

第一作者：郭嘉欣

通讯作者：沈馨*，程新兵*

单位：东南大学能源与环境学院

锂金属电池因其极高的理论能量密度被认为是未来储能技术的理想选择。然而，锂金属负极在循环过程中容易引发寄生反应，包括锂枝晶生长、界面副反应以及热失控等问题，严重制约了其商业化应用。尤其是在高温或滥用条件下，电解液与锂金属之间的副反应会加速电池失效，甚至引发安全风险。因此，开发一种能够有效抑制寄生反应的电解质，成为锂金属电池领域亟待解决的关键问题。

基于此，来自东南大学吴宇平、程新兵、沈馨研究团队在国际知名期刊Advanced Energy Materials上发表了一篇题为“Thermoresponsive Mono-Solvent Electrolyte Inhibiting Parasitic Reactions for Safe Lithium Metal Batteries”的研究文章，提出了一种基于热响应机制的单溶剂电解质。这种电解质能够在温度升高时触发自保护机制，通过聚合反应形成无溶剂残留的钝化层，有效抑制寄生反应，显著提升锂金属电池的安全性能和循环性能。该研究为锂金属电池的界面稳定性和安全性问题提供了创新性解决方案。

图 1. 热响应型凝胶电解质和聚合物电解质安全性差异示意图。

研究团队设计的热响应型单溶剂电解质在常温下表现出优异的离子传导性能，而在温度升高时（如热失控条件下），电解质中的单体发生聚合反应，形成一种无溶剂残留的钝化聚合物网络。这种聚合物网络不仅具有优异的热稳定性，在200℃时质量保留率达91%，还能有效阻止锂金属与电解液之间的副反应，从而实现对寄生反应的智能抑制。

要点二：界面稳定性：优化锂负极性能

在室温循环过程中，热响应型电解质能够促进形成富含氟化锂和氧化锂的稳定固体电解质界面，有效减少了锂负极上的枝晶生长和副反应，显著提升了锂金属负极的循环稳定性。实验结果显示，即使在高负载正极（19.7 mg/cm²，3 mAh/cm²）条件下，Li||LiNi₀.₅Co₀.₂Mn₀.₃O₂电池在经过152次循环后仍能保持91%的容量。

要点三：高温保护：显著提升热失控临界温度

实验表明，使用这种热响应型电解质的锂金属电池在高温条件下的表现显著优于传统电解质。例如，安时级Li||LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂软包电池的热失控临界温度提高了75℃，显著降低了热失控风险。这种热触发的自保护机制为锂金属电池的高温安全性提供了重要保障。

要点四：为锂金属电池安全注入新动力

这项研究不仅为锂金属电池的界面稳定性和安全性问题提供了创新性解决方案，还为未来高性能电池的设计提供了重要参考。通过结合热响应机制和单溶剂电解质的优势，研究团队成功实现了锂金属电池在高温和滥用条件下的安全性提升，为推动锂金属电池的商业化应用迈出了重要一步。

“Thermoresponsive Mono-Solvent Electrolyte Inhibiting Parasitic Reactions for Safe Lithium Metal Batteries”

沈馨，东南大学能源与环境学院至善博士后。主要研究方向为高比能锂电池、力-电化学-热多场耦合机制与相场方法。2017年本科毕业于北京理工大学能源化学工程系；2022年博士毕业于清华大学化学工程系（导师：张强教授）；2022-2024任职于宁德新能源科技有限公司；2025年1月加入东南大学。以（共同）第一/通讯作者身份在Adv Energy Mater，Fundamental Res等国际国内高水平期刊上发表论文11篇，包括4篇ESI高被引论文，总被引5700余次，h因子31。

郭嘉欣，东南大学能源与环境学院博士研究生，师从程新兵教授，主要从事锂金属电池的安全性研究。2023年以来，以第一作者在Advanced Energy Materials、ACS Energy Letters、Journal of Energy Chemistry、Chinese Chemical Letters及Frontiers of Chemical Science and Engineering共发表论文5篇 (1篇入选ESI高被引论文)。

因课题组发展需要，现面向海内外公开招聘博士后等数人。优秀者可协助直接申请东南大学上岗副研究员和研究员系列。至善博士后薪资待遇与发展潜力：1. 薪酬待遇（所有渠道待遇可叠加发放，可达80万+）：（1）首聘期3年，协议年薪35万元（含租房补贴3万元）+合作导师津贴（不限）；（2）国家专项∶博新计划；（3）省内专项∶江苏省卓越博士后计划；（4）校内专项∶紫金青年学者、小米青年学者等；2. 发展潜力：首聘期三年+续聘期三年；第一聘期考核优秀且进入第二聘期的至善博士后，可参加学校高级专业技术职务评审申报，评审通过即可获得副高及以上职称（中央事业编）。应聘者请将个人简历（学习、工作经历、研究背景、发表论文、获奖情况等详细材料）发送至chengxb@seu.edu.cn。邮件主题请写“申请者姓名 + 应聘博士后”。有任何问题，欢迎与我们联系咨询。