【仪表网 研发快讯】锂金属电池(LMBs)凭借锂金属负极高理论比容量(3860 mAh g⁻¹)及低电化学电位(<−3.04 V vs. SHE)等优势，成为下一代储能技术的重要候选体系。在实际应用中，兼容低温与高压工况是实现高能量密度锂金属电池产业化的关键，但界面不稳定性问题尤为突出，尤其是在零下温度与高电压工作条件下，电解液结晶、粘度陡增、离子电导率急剧下降及界面副反应加剧等现象相互耦合，极易造成枝晶状锂生长、固态电解质界面相(SEI)缺陷累积、电解质持续消耗及正极材料不可逆相变，严重制约了高能量密度锂金属电池的规模化落地。
针对这一难题，西安交通大学化学学院郗凯教授团队提出分子内极化电解液(IPE)设计策略，精准构筑兼具供体-受体-偶极架构与定向电子密度分布的新型电解液体系，通过分子内极化N,N-二甲基三氟乙酰胺(DTA)的三维溶剂化屏蔽效应与局域电子结构精细调控，构建梯度富LiF固态电解质界面相及B-O有机弹性体正极-电解质界面相(CEI)。该电解液依托多级电子相互作用实现溶剂化热力学与界面动力学优化，经Arrhenius分析验证将Li+去溶剂化活化能降低至38.1 kJ·mol-1，形成低至4.9 Ω·cm2的超低界面电阻与高达5.3 V的阳极稳定性，成功实现负极SEI与正极CEI的同步稳定及动态应力耗散，大幅加速低温高电压条件下的电荷转移与离子传输效率。该创新策略展现出优异实用价值，组装的3 Ah软包电池在30 °C下能量密度达509 Wh·kg-1，80次循环后保持96.8%容量，全电池在4.5 V下经过1000次循环后保持90%容量，在4.9 V下50次循环内保持80%容量；即使在−30°C极端条件下仍能保持439.1 Wh·kg-1的能量密度。此项研究通过将离子传输动力学与界面退化解耦，可更广泛地适用于Li-S和多价(Zn2+、Mg2+和Ca2+等)体系，为极端工况下电解液体系设计建立了统一框架，推动锂金属电池向电动航空和极地储能系统应用迈进。
相关研究成果以《分子内极化介导溶剂化与界面工程助力低温高压锂金属电池》(Intramolecular Polarization-Mediated Solvation and Interphase Engineering for Low-Temperature High-Voltage Lithium Metal Batteries)为题，发表于能源材料领域顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials)。论文第一作者为化学学院助理教授曹振江，博士生金正千、李卫平为共同第一作者，化学学院郗凯教授为通讯作者，西安交通大学为论文唯一通讯单位。该工作得到了剑桥大学R. Vasant Kumar教授，西安交通大学化学学院丁书江教授，化工学院唐伟教授，材料学院薛伟江教授等多位领域专家的指导。该工作得到了国家科技重大专项，国家自然科学基金重大研究计划培育项目及面上项目、青C项目、中国博士后面上基金、陕西省自然科学基金重大项目、青年基金、陕西省博士后基金、陕西省秦创原创新人才计划等项目的资助。感谢西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台耿直老师、李娜老师(TEM)和西安交通大学分析测试共享中心甘明明老师(Cryo-TEM)，刘佳梅老师(XPS)，文博、李超老师(TEM)的支持。
引用：西安交大郗凯教授团队在高比能锂金属电池领域取得进展 西安交通大学 【引用时间：2026年9月24日】
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