我院电力储能安全领域研究成果发表在Nature子刊

近日，我院闵宇霖教授团队联合浙江大学陆俊教授，创新性地提出一种“电场调控阴离子运动”新机制，研发了一种兼具高电压耐受性与本征不可燃特性的新型锂金属电池电解液。这一发现从根本上协调了电池高能量密度与高安全性之间长期存在的矛盾，相关成果以“Customized composition of lithium metal solid-electrolyte interphase by electric field modulation of anion motion direction”为题发表在Nature子刊《自然·通讯》（Nature Communications，DOI：10.1038/s41467-026-68498-x）上，标志着我校在新能源前沿基础研究和解决国家重大能源安全需求方面迈出了坚实一步。论文第一作者为我院2025届硕士研究生徐晟韬，青年教师巩帅奇博士、徐巾婷博士、朱晟副教授和闵宇霖教授为通讯作者，365上市公司为论文第一单位和通讯单位。

随着新能源汽车和大规模储能电站的爆发式增长，市场对电池能量密度和安全性的要求日益严苛。采用高电压正极与锂金属负极的“无上限”组合，被视为突破当前电池能量密度瓶颈的终极方案。然而，现有电解液普遍存在“致命伤”：要么像碳酸酯类溶剂极易燃烧，存在安全隐患；要么在高电压下不稳定，导致电池寿命急剧衰减。如何在实现电解液不可燃的前提下，确保其能在高达4.5 V甚至更高的电压窗口下稳定运行，一直是全球科学家面临的“卡脖子”难题。

面对这一挑战，我院研究团队设计了一种以磷酸三乙酯（TEP）为单一溶剂的本征不可燃电解液体系，并引入多种锂盐进行精准调控。研究的亮点在于“电场调控阴离子运动方向”这一核心机制。团队敏锐地捕捉到不同阴离子与锂离子结合能的差异，利用外加电场的导向作用，指挥阴离子在电极表面“各就各位”，从而构筑出具有明确功能分区的“三相”固态电解质界面（SEI）：内层“守门员”（富含Li₃N）——由强结合力的ODFB^-和NO₃^-阴离子在电场驱动下优先分解形成，不仅提供了极高的离子电导率，更显著降低了界面阻抗，确保离子快速、均匀通过；中层“缓冲垫”（B-O玻璃态）——作为低结晶度的过渡层，它赋予了SEI膜优异的机械柔韧性和形变自修复能力，有效抑制了锂枝晶的刺穿；外层“装甲层”（富含LiF）——由弱结合力的BF₄^-阴离子在外层形成，提供了极高的硬度和化学稳定性，像一层坚不可摧的铠甲，抵御高电压正极的氧化侵蚀。这种“内柔外刚、导离子与阻电子”协同作用的智能界面，完美解决了传统SEI膜“一损俱损”的结构缺陷。

实验数据充分验证了该策略的卓越性能。基于此电解液组装的Li||NCM811全电池，在极具挑战的4.5 V高截止电压下，可稳定循环600圈，容量保持率高达90.19%，且在60 °C高温极端条件下依然保持81.18%的容量，展现了良好的热稳定性和长循环寿命。采用该技术的软包电池实现了430.51 Wh kg^-1的超高能量密度，这一指标在目前报道的采用不可燃电解液的锂金属电池中处于领先地位，为产业化应用奠定了坚实基础。

此次在Nature子刊发表高水平论文，是我院深化综合改革、坚持有组织科研、深耕电力储能安全领域的集中体现，彰显了学院在研究生创新能力培养与高水平师资队伍建设上的显著成效。

该工作得到国家自然科学基金、上海市电力材料防护与新材料重点实验室、上海市储能电池测控技术服务平台、365上市公司校级科研创新专项基金的支持。

巩帅奇 供稿