锂离子电池凭借高工作电压、高能量密度和优异循环稳定性，已广泛应用于新能源汽车、便携式电子设备及智能电网规模储能等领域。随着应用场景的不断拓展与深度融合，对电池能量密度和循环寿命的要求持续提高。开发兼具高比能与长寿命的先进锂电池体系，已成为能源材料领域的前沿研究方向。
在锂离子电池的首次充放电循环中，负极表面形成SEI会不可逆地消耗正极中的活性锂，降低电池的容量与能量密度。在后续循环中，由于负极材料体积变化及SEI膜的持续破坏与再生，活性锂仍会不断发生不可逆损失。此类活性锂的持续消耗将加速电池性能衰退，最终引发电池失效。因此，发展高效的活性锂补充策略成为提升电池综合性能的关键途径。持续推动补锂材料及补锂方法的创新研究，不仅有助于实现高比能、长寿命的储能体系的构筑，促进锂电池产业技术升级与能源结构优化，也将为实现国家“双碳”战略目标提供坚实的科技支撑。
目前补锂技术包括负极补锂和正极补锂，负极补锂技术研究时间较早，包括基于金属锂、有机锂试剂的电化学补锂、化学补锂等多种补锂方式。由于负极补锂需要使用高活性的超薄金属锂箔、微米锂粉或有机锂试剂，存在极大的安全隐患，规模化应用存在较大挑战。正极补锂通常是采用在锂离子电池正极中添加补锂添加剂，充电过程中补锂剂分解释放活性锂，弥补负极SEI生长造成的不可逆活性锂损失。正极补锂工艺能够较好地兼容现有锂离子电池制造工艺，为补锂技术的工业提供了一种解决思路。目前正极补锂添加剂，如LFO、LNO、Li2C2O4等，其空气稳定性较差，结构不稳定，表面残碱造成粘结剂失效。在首圈充电过程中便完全分解，无法对电池后续循环损失的活性锂进行补充。
为了解决上述挑战，中国科学院化学研究所郭玉国课题组提出了一种基于分子工程的策略。该策略通过调控有机锂盐的前线轨道，引入吸电子或给电子官能团，以精确调节分子的最高占据分子轨道（HOMO）能级，从而能够对锂盐的分解电位进行定制化调节。基于此，研究团队成功合成了一种具有多个脱锂平台的新型有机补锂剂（Li4DOPA）。通过NEXAFS、原位FTIR、DEMS等表征结合DFT计算，揭示了Li4DOPA的分解机制：低电位（<3.8 V）下，邻位取代的Ar-OLi发生脱锂氧化为不溶于电解液的醌式结构Li2DOPA；高电位（>3.8 V）时，-COOLi通过Kolbe反应脱锂氧化释放CO2，且得益于分子设计，其分解电位较Li2CTO、LiBA显著降低，动力学优势更突出。
凭借分子能级调控能力以及不同官能团独立的脱锂行为，最终实现电池循环寿命的倍增。该研究中提出的调控前线轨道策略，为开发高性能功能化补锂剂提供了具有普适意义的理论指导与方法借鉴。
图1. 基于分子工程的多平台有机补锂剂设计示意图。图片来源：J. Am. Chem. Soc.
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是化学研究所的博士研究生李晨。
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Molecular Engineering of Organic Prelithiation Agents via Frontier Orbital Regulation
Chen Li, Xin Chang, Boheng Yuan, Yu-Hao Wang, Xi-Xi Feng, Chao-Fan Gu, Kai Chenc, Qinghai Meng*, Yu-Guo Guo*, and Li-Jun Wan
J. Am. Chem. Soc., 2025, 147, 40925–40934, DOI: 10.1021/jacs.5c14171
郭玉国研究员简介
郭玉国，研究员（二级），国科大岗位教授，博导，“杰青”，“国家重点研发计划”首席科学家。2004年于中国科学院化学研究所获博士学位。2004-2006年在德国马普固体研究所从事博士后研究工作。2006-2007年被聘为马普固体研究所Staff Scientist。2007年加入中科院分子纳米结构与纳米技术院重点实验室任研究员、博士生导师、课题组长。2012年获得国家杰出青年基金资助，2017年入选“万人计划”科技创新领军人才，2015年起任ACS Applied Materials & Interfaces的副主编。长期从事能源电化学与纳米材料的交叉研究，在高比能锂离子电池、锂硫电池、固态电池、钠离子电池等电池技术及其关键材料方面取得一些研究成果，致力于推动基础研究成果的实际应用，开发出的高性能硅基负极材料实现了产业化。在Nat. Mater.、Nat. Energy、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Acc. Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Chem、Joule、Energy Environ. Sci.等期刊上发表SCI论文500余篇，他人SCI引用超过85000次，h-index为153。
http://mnn.iccas.ac.cn/guoyuguo/ry/gygyjy/
https://www.x-mol.com/university/faculty/15510
孟庆海副研究员简介
孟庆海，中国科学院化学研究所副研究员，青促会会员。2017年在国家纳米科学中心获得物理化学博士学位，毕业后至今在中科院化学所先后以博士后、助理研究员和副研究员身份开展工作。主要从事新型锂化材料及技术构筑、固态电池关键材料开发、二次电池绿色升级再生等研究。目前以第一及通讯作者已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Sci. China Chem.等期刊发表SCI 论文30余篇，H因子32；申请中国发明专利40余项，授权18项。
http://mnn.iccas.ac.cn/guoyuguo/ry/ketizucy/202108/t20210813_652239.html
科研思路分析
Q：为什么要设计多平台补锂剂？相较于常规的补锂剂，它的优势在哪些方面？
A：因为目前所报道的正极补锂添加剂仅在首圈充电过程中分解补充首圈生成SEI所损耗的活性锂，但无法补充电池循环中的活性锂损耗。针对这一挑战，我们便希望设计出一种有多个脱锂平台的补锂剂：使用低电位平台补充首圈的活性锂；当电池的容量下降到阈值时，通过调控电位，激活高电位的容量补充循环中损耗的活性锂。通过该策略，便可进一步延长电池的循环寿命。
Q：为什么选择有机体系设计多平台补锂剂？
A：目前以LFO、LNO为代表的无机补锂剂，其结构单一，难以实现功能化是设计。而有机体系凭借其高的结构可设计性，通过引入不同的的官能团，便可实现定制化设计。因此我们选择这个有机体系设计多平台补锂剂。
