2025年7月16日，華中科技大學(xué)黃云輝教授和袁利霞教授、浙江大學(xué)陸俊教授為共同通訊作者，在全球頂級期刊《Nature》發(fā)表了題為“Liquid-liquid interfacial tension stabilized Li metal batteries”（液-液界面張力穩(wěn)定的鋰金屬電池）的研究論文，提出了破解鋰電池“三高”難題的新策略。華中科技大學(xué)材料學(xué)院博士生紀(jì)海錦和向經(jīng)緯、上海空間電源研究所李永研究員、浙江大學(xué)博士后鄭夢婷為共同第一作者。華中科技大學(xué)為本文第一完成單位。

如何實(shí)現(xiàn)電池高能量密度下的高穩(wěn)定和高安全（“三高”）是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界長期面臨的巨大挑戰(zhàn)。材料學(xué)院、材料成形與模具技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室動力與儲能電池團(tuán)隊(duì)黃云輝和袁利霞團(tuán)隊(duì)在題為“Liquid-liquid interfacial tension stabilized Li metal batteries”（液-液界面張力穩(wěn)定的鋰金屬電池）的論文中，提出了破解鋰電池“三高”難題的新策略。

（a）、（b）Li?在充電過程的傳輸行為及正負(fù)極界面演化示意圖，對應(yīng)Li?溶劑化策略（a）和微乳電解液策略（b）

鋰金屬電池被視為最具潛力但又最具挑戰(zhàn)的下一代電池體系?；钚詷O高、被譽(yù)為可充電電池“圣杯”的金屬鋰負(fù)極，其與高鎳三元等高電壓正極兩側(cè)的電極界面均不穩(wěn)定，極易導(dǎo)致嚴(yán)重的副反應(yīng)，這不僅縮短電池使用壽命，且?guī)戆踩[患。

電解液作為連接電池正負(fù)極的關(guān)鍵組分，其優(yōu)化設(shè)計(jì)對打破上述“三高”瓶頸至關(guān)重要。目前通常采用調(diào)整鋰鹽/溶劑配比或引入功能添加劑等策略，這對形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面膜（SEI）從而提升負(fù)極界面穩(wěn)定性成效顯著，但對高電壓正極界面膜（CEI）的優(yōu)化效果不佳。這是因?yàn)槌潆娺^程中在電場和濃度場梯度作用下，陰離子隨鋰離子向負(fù)極遷移，導(dǎo)致正極側(cè)缺乏有效的成膜組分，難以形成穩(wěn)定的CEI，最終影響電池的整體界面穩(wěn)定性。

為突破這一瓶頸，黃云輝、袁利霞團(tuán)隊(duì)提出基于液-液界面張力（γL–L）的界面調(diào)控新策略，發(fā)明了一類新型的非均相微乳電解液，成功將溶解性較差的功能性溶劑組分引入至電解液體系。團(tuán)隊(duì)通過分子設(shè)計(jì)，使全氟溶劑與局部氟化兩親性溶劑通過分子間作用力絡(luò)合形成微乳膠團(tuán)（50-120nm），將氟化相均勻穩(wěn)定地分散于電解液連續(xù)相中，進(jìn)一步利用γL–L驅(qū)動力使這些功能組分遷移，同步富集于正負(fù)極界面，構(gòu)建梯度分布的氟化界面溶劑化層。這種不依賴電場方向和濃度梯度的界面結(jié)構(gòu)構(gòu)建方式，有效解耦了溶劑化結(jié)構(gòu)和界面保護(hù)機(jī)制，減弱了高活性溶劑與電極的接觸，顯著抑制了界面副反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對正負(fù)極界面協(xié)同的動態(tài)保護(hù)。

（a）Li||NCM811軟包電池在微乳電解液中的循環(huán)性能；（b）電池的電壓-容量曲線；（c）本文與報(bào)道的電池性能對比；（d）電池在循環(huán)前后的厚度變化

研究表明，采用該策略研制的安時級Li||NCM811軟包電池呈現(xiàn)出非常優(yōu)異的性能：能量密度高達(dá)547/531 Wh kg?1，循環(huán)155次和189次后容量保持率分別達(dá)到79%和81%，為目前行業(yè)領(lǐng)先水平；同時抑制了電池在循環(huán)過程中的產(chǎn)氣，針刺無壓降不起火，突破了高比能電池安全性差的瓶頸。

該研究提出的界面張力驅(qū)動的“微乳電解液”策略，不僅突破了傳統(tǒng)電解液組分設(shè)計(jì)的限制，而且通過物理場驅(qū)動機(jī)制實(shí)現(xiàn)了高電壓條件下正負(fù)極界面的動態(tài)協(xié)同穩(wěn)定，為實(shí)現(xiàn)電池高能量密度、高穩(wěn)定和高安全提供了新的解決方案。

我校為該論文的第一完成單位和牽頭單位，浙江大學(xué)、上?？臻g電源研究所、鄭州大學(xué)、武漢大學(xué)、清華大學(xué)為共同完成單位。黃云輝、袁利霞以及浙江大學(xué)陸俊教授為共同通訊作者，材料學(xué)院博士生紀(jì)海錦和向經(jīng)緯、上?？臻g電源研究所研究員李永、浙江大學(xué)博士后鄭夢婷為共同第一作者。黃云輝領(lǐng)銜的動力與儲能電池團(tuán)隊(duì)長期致力于高比能高安全鋰電池領(lǐng)域的研究，該工作從提出到完成歷時5年，這也是該團(tuán)隊(duì)繼與同濟(jì)大學(xué)等合作提出金屬鋰負(fù)極疲勞失效新機(jī)制（Science, 2025, 388, 311-316），時隔3個月后發(fā)表的又一重要成果。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和湖北省自然科學(xué)基金的資助。

(來源：TOP大學(xué)來了 版權(quán)屬原作者 謹(jǐn)致謝意）