近日，燃料電池研究所章俊良教授團隊通過引入硼酸三乙酯（TEB）陰離子受體添加劑，破解了傳統(tǒng)1,3-二氧戊環(huán)（DOL）基電解液易聚合、鋰鹽溶解度低等難題，為下一代高能量密度鋰金屬電池的開發(fā)提供了全新解決方案。研究成果“Anion-anchoring enabling fast Li+ transport within wide temperature”發(fā)表在期刊Nano Energy上。博士生郭耀為論文第一作者，章俊良教授、祖麗皮亞·沙地克副教授為通訊作者。
DOL因為其低熔點（-95 °C）、低粘度（0.59 mPa·s）、低脫溶劑化能等優(yōu)勢，成為理想的鋰金屬電池低溫電解液溶劑。然而，DOL與常規(guī)的鋰鹽和電解液中的痕量水相互作用開環(huán)聚合，加速了電池性能的惡化。基于此，研究團隊引入了一種陰離子受體作為雙功能添加劑，利用TEB消除電解液中的痕量水并與鹽陰離子產生相互作用，抑制DOL的開環(huán)聚合，使電解液實現(xiàn)液態(tài)穩(wěn)定性，從而提高了電解液的寬溫域離子電導率，促進鋰離子快速遷移。
研究通過核磁共振表征結合拉曼光譜和分子動力學模擬，揭示了TEB抑制DOL開環(huán)聚合的內在機理：TEB通過競爭性配位改變電解液中Li?溶劑化結構，將游離DOL分子比例從36 %降至14 %，成功抑制了DOL開環(huán)聚合，同時進入溶劑化鞘參與固體電解質膜（SEI）構建，并形成穩(wěn)定的SEI層。這一機制實現(xiàn)了鋰金屬均勻致密沉積，無枝晶生長，平均庫倫效率超99%，Li||LFP全電池在室溫下穩(wěn)定循環(huán)500圈后容量保持率超過80 %，在-20 °C時穩(wěn)定循環(huán)150圈后容量幾乎無衰減，表現(xiàn)出長循環(huán)穩(wěn)定性。
該研究工作得到了重點研發(fā)計劃儲能專項（青年科學家項目）和國家自然科學基金的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111568
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