锂金属电池因其极高的能量密度而被寄予厚望，但高电压正极材料与电解质之间不稳定的界面严重限制了其实际应用。在高电压下，电解质会剧烈分解，导致电池性能迅速衰退。解决问题的关键在于在正极表面构建一层坚固、稳定的正极电解质界面膜。

在此，加州大学洛杉矶分校李煜章团队通过理性的分子设计，合成了一种名为1,1,1-三氟-2,5,8-三氧杂-1-硼酸盐（FTOB）的新型多功能阴离子。该阴离子巧妙地结合了一个具有螯合能力的聚乙二醇（PEG）片段和一个高反应性的末端-BF₃基团。

这一独特结构使其具备两大核心功能：一是强大的锂离子结合能力，能优先进入锂离子的溶剂化鞘，引导阴离子衍生界面的形成；二是分步界面形成机制，其活跃的B-O键使其能在不同电压下通过化学和电化学两种途径构建CEI。将该锂盐（LiFTOB）与LiNO₃共同作为添加剂，形成的“先进电解质”能显著提升高压锂金属电池的循环稳定性。

图1. 具有强锂离子-阴离子结合能力的LiFTOB盐设计

总之，该工作设计并合成了一种具有强结合能力的非对称FTOB阴离子，使其能够占据锂离子的初级溶剂化鞘层，并在电极表面高效形成阴离子衍生的界面相。得益于其活泼的B–O键，FTOB阴离子通过逐步机制参与CEI的构建。在较低的充电截止电压（< 4.5 V）下，FTOB与PF₆⁻之间的相互作用促进了它们的化学分解，生成BF₄⁻、PO₂F₂⁻和其他物种，其相互作用强度通过添加LiNO₃进行调节。

当充电截止电压超过4.5 V时，FTOB阴离子发生直接电化学氧化。这两种机制都有助于构建富含氟和硼酸盐的CEI，从而延长高电压锂金属电池的寿命。沿着电势标度，LiFTOB的化学分解可以切换到电化学氧化路径，这是传统电解质添加剂难以实现的。因此，LiFTOB的案例和逐步分解机制的概念有助于设计和开发在各种电极材料的宽电位范围内具有活性的新型电解质添加剂。

图2. 高压锂金属电池的电化学性能

A Strongly Binding Lithium Salt with Stepwise Interphase Formation Mechanism Enables Stable High-Voltage Lithium Metal Batteries, Journal of the American Chemical Society 2025 DOI: 10.1021/jacs.5c12999

文章来源：能源学人

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