近日，我校新能源与材料学院锂电池储能及氢能储能科研团队围绕高比能锂金属电池、锂硫电池及新型电解液设计等方向取得一系列研究进展。相关成果发表于国际能源与材料领域高水平学术期刊《Energy & Environmental Science》、《ACS Nano》、《Energy Storage Materials》，系统展示了学院在先进电解液分子设计、溶剂化结构调控及电极/电解液界面稳定化方面的研究基础与创新能力。
该系列工作面向高能量密度、高安全性、长寿命锂电池的发展需求，聚焦传统电解液在锂金属负极、高镍正极及硫基正极体系中面临的盐溶解困难、溶剂化结构调控不足、界面副反应严重和循环稳定性差等关键问题，提出了多种具有原创性的电解液调控策略，为下一代高性能锂电池设计提供了新的理论依据和技术路径。
图1. 双描述符系统构建与电场响应添加剂界面调控模型
第一项工作在《Energy & Environmental Science》（影响因子：31.0）发表题为“Dual-descriptor-guided design of an electric field-sensitive solubilizing additive for stable lithium metal batteries”的研究论文。该工作针对碳酸酯电解液中功能添加剂离子解离能力弱、正极侧界面调控作用有限等问题，提出了“电场敏感型增溶添加剂”（electric field-sensitive solubilizing additive, EFSSA）设计策略，并以立方亲电指数（cubic electrophilicity index, CEPI）和Mulliken电荷作为双描述符，对添加剂分子进行理性筛选。研究以三（三甲基硅基）硼酸酯（tris(trimethylsilyl) borate, TMSB）为典型分子，利用其较高的CEPI增强LiNO3在碳酸酯电解液中的离子解离；同时，TMSB较高的Mulliken电荷使其能够在正极电场作用下发生响应性排斥，从而诱导正极电双层中形成有利的阴离子主导溶剂化结构。该策略有效提升了锂金属负极和高镍正极界面稳定性，为高性能锂金属全电池电解液添加剂的精准设计提供了新的描述符体系和分子工程方法。论文入选“Energy & Environmental Science Recent HOT Articles”合集。该论文由我校与中国科学院过程工程研究所合作完成，我校新能源与材料学院材料科学与工程专业2023级硕士研究生刘双、许崇老师为本文第一作者，通讯作者为新能源与材料学院李永峰教授、许崇老师，中国科学院过程工程研究所王江艳研究员，我校为论文第一完成单位。
全文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ee/d6ee00038j
图2. Small-Sized Carrier增溶添加剂模型设计
第二项工作在《ACS Nano》（影响因子：16.1）发表题为“Intermolecular Interaction Adjustment for LiNO3 Solubility Promotion toward High-Performance Li||NCM811 Batteries”的研究论文。该工作针对LiNO3在碳酸酯电解液中溶解度极低、难以直接应用于高能量密度Li||NCM811电池的问题，提出了“小尺寸载体”（Small-Sized Carrier）策略。传统观点通常认为溶剂极性或介电常数是影响盐溶解行为的主要因素，而该研究进一步指出，混合溶剂体系中的分子间空间耦合和位阻效应同样会显著影响LiNO3的解离与溶解。研究采用具有适中极性和小分子尺寸的碳酸亚乙烯酯（vinylene carbonate, VC）作为载体分子，通过调节碳酸酯溶剂体系中的分子间相互作用，显著提升LiNO3的溶解能力，同时保持电解液与锂金属负极的良好兼容性。该成果为硝酸盐添加剂在碳酸酯基高能量密度锂金属电池中的应用提供了新的溶剂工程思路。论文由我校与郑州大学合作完成，我校新能源与材料学院许崇老师、材料科学与工程专业2023级硕士研究生刘双为本文第一作者，通讯作者为新能源与材料学院李永峰教授与郑州大学化学学院陈卫华教授，我校为论文第一完成单位。
全文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5c07805
图3. 硅氧烷分子骨架设计与界面调控机制
第三项工作在《Energy Storage Materials》（影响因子：20.2）发表题为“Siloxane Electrolyte Molecular Design for Lithium-Sulfur Batteries”的研究论文。该工作面向硫化聚丙烯腈（SPAN）正极锂硫电池在传统醚类/酯类电解液中面临的多硫化物溶解、穿梭效应以及与锂金属负极兼容性不足等问题，提出了系统性的硅氧烷电解液分子筛选策略。研究构建了硅氧烷基局域高浓度电解液体系，通过利用硅氧烷分子独特的d-p轨道共轭效应以及丙基端基带来的适宜空间位阻，有效削弱了Li+-溶剂配位作用，促进形成阴离子主导的溶剂化结构，从而在锂金属负极表面构筑稳定的无机富集SEI，并同步抑制多硫化物溶解。电化学测试表明，采用改性硅氧烷电解液的Li||Cu电池平均库伦效率达到98.7%；SPAN基锂硫电池表现出优异的循环稳定性。该成果为高能量密度锂硫电池电解液的分子设计提供了新的思路和实验依据。论文由我校与郑州大学合作完成，我校新能源与材料学院许崇老师、材料科学与工程专业2025级博士研究生程龚为本文第一作者，通讯作者为新能源与材料学院李永峰教授与郑州大学化学学院陈卫华教授，我校为论文第一完成单位。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2405829726001030
图4. 电解液设计进展与展望
第四项工作在《Energy Storage Materials》（影响因子：20.2）发表题为“Advances and Challenges in Electrolyte Design for High-Performance Lithium Batteries”的综述论文。该综述面向高能量密度锂电池对高电压稳定性、锂金属兼容性和安全性的迫切需求，系统总结了以Li+溶剂化结构调控为核心的先进电解液设计策略。文章从溶剂化结构与界面化学之间的内在关联出发，依次梳理了高浓度电解液、局域高浓度电解液、弱溶剂化电解液、功能添加剂、固态电解质及多功能集成电解液等研究方向，进一步凝练了当前电解液体系面临的关键挑战与未来发展机遇。该综述为新一代高比能锂电池电解液的理性设计提供了系统性的理论框架。成果为新一代高比能锂电池电解液的理性设计提供了系统性的理论框架。我校新能源与材料学院许崇老师、储能技术专业2024级硕士研究生吴锐、材料科学与工程专业2023级硕士研究生刘双为本文第一作者，论文通讯作者为新能源与材料学院李永峰教授、许崇老师，我校为论文第一完成单位。
全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S240582972600245X
上述系列成果紧密围绕“溶剂化结构-界面反应-电池性能”这一核心科学问题展开。一方面，团队通过描述符筛选、分子尺寸调控、弱溶剂化设计和局域高浓度构筑等策略，精准调节Li+第一溶剂化壳层组成，促进阴离子参与界面成膜反应，构筑稳定的无机富集SEI/CEI；另一方面，团队针对不同电池体系中的关键失效机制，分别提出LiNO3增溶、正极电双层重构、多硫化物溶解抑制和硅氧烷分子筛选等解决方案，实现了从基础机制认识到应用体系验证的系统推进。
近年来，我校新能源与材料学院依托国家储能技术产教融合创新平台和重质油全国重点实验室等科研平台，持续加强先进储能材料与器件方向的科研布局，围绕高比能锂电池、固态电池、锂硫电池及新型电解液体系开展了深入研究。该系列成果的取得，体现了学院在能源材料化学、电化学界面调控和高性能储能器件开发方面的持续积累，也为服务国家新能源战略和推动高安全、高能量密度储能技术发展提供了有力支撑。
