电动汽车和消费电子产品等领域对高能量密度、长循环寿命和高安全性的锂离子电池需求日益迫切。高容量硅基负极（>1500 mAh g−1）与高电压富镍三元正极匹配，可以实现>400 Wh kg−1的高能量密度。然而，硅负极在充放电过程中存在巨大的体积膨胀（~400%），导致其结构粉化、电极分层，以及不稳定的固态电解质界面。这些问题导致活性锂持续损失和容量快速衰减，特别是在4.5 V级高电压和宽温区（如60°C ~ −40°C）的严苛条件下，传统电解液难以构建稳定的界面，成为制约其商业化应用的巨大挑战。
近日，西安交大材料学院金属材料强度全国重点实验室微纳中心薛伟江教授课题组设计了一种新型的“混合磺酰胺电解液”。该电解液由LiFSI盐和两种磺酰胺溶剂组成，无需其他任何添加剂。该电解液能够减少硅负极表面的副反应，在首次锂化时会形成一层致密的、富含无机物的自限界面（Self-limiting interphase）界面层。在4.5 V高截止电压和5 mAh cm−2高面容量的严苛条件下，由NMC811||高硅负极组成的扣式电池循环500圈后仍保持80%的容量，而采用工业级基准电解液的电池在200圈后容量已降至59%。更令人印象深刻的是，1.4 Ah的超高镍配合高硅负极的软包电池实现了1150圈的超长循环寿命（80%容量保持率），远超传统电解液的383圈。此外，混合磺酰胺电解液还使电池具备从−40 °C到60 °C的宽温域工作能力，且大幅软包电池的安全性。该研究也为下一代高能量密度电池电解液的设计提供了全新的设计思路和重要的实践指导。
以上工作成果以《自限性界面赋能4.5 V级高硅负极高安全锂离子电池》（“4.5-V-class safe lithium-ion batteries with silicon-majority-graphite anodes enabled by self-limiting interphase”）为题，发表于国际权威杂志《先进材料》（Advanced Materials）。西安交通大学金属材料强度全国重点实验室为论文第一通讯单位，本论文由西安交通大学材料科学与工程学院博士一年级研究生徐龙基担任第一作者，材料学院薛伟江教授为通讯作者。该工作还得到了能动学院王建强博士和高瑞老师、上海交通大学韩雪博士、李尧老师的大力支持。该工作得到国家自然科学基金的资助，和西安交通大学材料学院微纳中心和分析测试中心的鼎力支持。
论文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202515562
薛伟江教授主页：
https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/xueweijiang
