将金属锂和高镍三元正极（如NCM811）匹配后组装成的锂金属电池，有望显著提升电动汽车的运行里程。然而，锂金属电池正极侧过渡金属离子溶解、相变和Li/Ni混排、负极侧锂枝晶生长、“死锂”沉积以及在连续锂沉积/剥离过程中固体电解液界面相（SEI/CEI）的破裂等问题，均严重阻碍了锂金属电池的实际应用，尤其在极端温度下这些问题还将进一步恶化、加剧。电解液作为电池的重要组成部分，直接影响锂金属电池界面相的组成、结构和稳定性，关系到Li⁺的传输动力学，并最终制约锂金属电池在宽温域范围内的正常工作。氟代碳酸乙烯酯（FEC）经常作为电解液添加剂来构建高机械强度的富LiF界面相。然而，过量的LiF不仅限制Li⁺传输，且难以适应循环过程中电极的体积变化。因此，引入具有良好的成膜功能的添加剂与FEC协同构筑高离子传导性和机械稳定性的界面相对促进宽温域锂电池的发展十分必要。

近日，西安交通大学化学学院丁书江教授、郗凯教授和高国新副教授课题组利用电解液工程为宽温域锂金属电池构建了高离子传导性坚固界面相，实现了锂金属电池的宽温域循环稳定性。他们将1,3-丙磺酸内脂、乙酸乙酯和FEC添加到商用电解液中设计了一种同时稳定锂金属电池正负极界面相的双功能电解液。其中1,3-丙磺酸内酯用于构建具有无机内层和有机外层的坚固CEI，确保了正极结构的完整性；而FEC用于构建富无机SEI，用于抑制电解液的副反应，促进Li⁺的快速运输；乙酸乙酯可确保电解液在宽温域内应用。最终，所组装的锂对称电池在宽温度下表现出低过电势和长稳定循环（30 °C，1000 h）。优化后的电解液也适用于磷酸铁锂和钴酸锂正极（1000次循环，容量保留率：67%）。在贫液条件下（g/Ah级）和宽温域范围内（-40 °C~+60 °C），Li||NCM811和石墨||NCM811软包电池均可正常工作。本工作为宽温度范围内高能量密度LMBs电解液的设计提供了新的视角。

双功能电解液调控宽温域锂金属电池界面相的原理示意图

该研究成果以《构建宽温域锂金属电池中坚固的高离子传导性界面相的电解液工程》（Electrolyte Engineering to Construct Robust Interphase with High Ionic Conductivity for Wide Temperature Range Lithium Metal Batteries）为题发表于化学领域国际权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。第一作者为西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台（中心）博士生李雅楠，通讯作者为化学学院丁书江教授、郗凯教授和高国新副教授。该工作得到了国家自然科学基金项目、陕西省自然科学基金项目和陕西省秦创源高层次创新创业人才项目的资助。论文的表征及测试得到了西安交通大学分析测试共享中心的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202414636

丁书江教授主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/dingsj

郗凯教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/web/0020210390

高国新副教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/web/gaoguoxin