界面迟缓的锂去配位动力学制约了高能量、低温锂金属电池的发展。原则上，弱配位溶剂与阴离子可降低去溶剂化与去阴离子能垒，从而改善低温性能；然而大量研究反其道而行，采用强配位溶剂和阴离子来提升倍率与循环性能，其背后精细的配位结构如何加速锂氧化还原动力学仍扑朔迷离。

2026年1月26日，西北工业大学孔龙在国际知名期刊Advanced Energy Materials发表题为《Dampening Lithium Charge Density by Clustering Solvents and Anions to Tame Lithium De-Coordination Energy for Low-Temperature Lithium-Metal Batteries》的研究论文，Jin-Hao Zhang，Yu Zhang为论文共同第一作者，孔龙为论文通讯作者。

本研究以强配位盐LiNO3与强配位溶剂TEP为模型电解液，解析簇状溶剂化中电子转移如何调控锂电荷密度并主导锂传输动力学。关键发现之一是LiNO3的给电子特性降低Li+正电荷，削弱Li+与TEP配体间的相互作用；另一发现是[LiNO3–Li+–TEP]簇状结构增强界面电荷交换，从而加速锂传输。该研究更新了簇状溶剂化利于锂去配位动力学的认知，并为低温锂金属电池筛选锂盐和溶剂提供新原则。

电解液被视为电池的“血液”，其建立离子导电且电子绝缘的介质，使溶剂化的Li⁺在体相中迁移并在电极界面形成保护层。Li+在电解液及界面处的传输促使研究者精心选择溶剂与锂盐以生成有利的Li物种。例如，溶剂分离离子对有利于载体式电荷传输，而接触离子对与聚集体则被证实有利于阴离子衍生的固态电解质界面并加速Li+跨界面传输。

Li溶剂化物种取决于溶剂-溶质相互作用，该作用受热运动影响。经典物理模型指出，Li+-阴离子与Li+-溶剂相互作用能分别随距离缩短而线性与二次增强。因此，去溶剂化与去阴离子过程的能量壁垒在低温下急剧升高，使Li在负极的沉积动力学受阻。原则上，弱配位阴离子的锂盐与弱配位溶剂被鼓励用于低温锂电池，前者促进溶剂分离离子对并降低去阴离子能，后者助力去溶剂化。

然而，大量研究反其道而行，典型做法是利用强配位溶剂溶解LiNO3——一种具有极强路易斯碱阴离子的盐。令人惊讶的是，这种强配位体系却能显著提升低温电池性能，通常归因于：LiNO3衍生的界面可加速Li+跨界面传输；富集于Li+第一溶剂化鞘的NO3-削弱Li+-溶剂结合，从而降低去溶剂化壁垒。然而，优异镀锂动力学的根本原理仍模糊不清：第一条解释无法说明为何无LiNO3时对称电池极化依旧较大；第二条解释则难以自洽，因为NO3-占据第一溶剂化鞘亦需额外能量去阴离子。

上述矛盾促使人们细化含强阴离子与强溶剂的电解液结构与物种，以合理指导低温高倍率、长循环电解液设计。本工作聚焦“强配位阴离子与溶剂如何有利于Li去配位动力学”，以LiNO3与强配位溶剂TEP为模型体系，从分子层面解析簇溶剂化如何调控Li电荷密度并决定传输动力学。实验与计算共同发现，LiNO3的给电子特性降低Li+正电荷，削弱Li+与TEP的相互作用；同时，[LiNO3–Li+–TEP]簇增强界面电荷交换，加速Li传输。该认识更新了簇溶剂化利于低温动力学的机理，并为筛选锂盐与溶剂提供新原则。

图1：强配位溶剂与强配位阴离子共存的必要性。数码照片与−20°C Li||Li对称电池电压曲线显示，唯有在TEP中才能溶解LiNO3，且R-TN电解液极化仅±0.1V；Arrhenius拟合表明其Li+去配位活化能降至33.1kJ mol-1，预氮化实验进一步证实界面化学并非唯一决定因素。

图2：团簇溶剂化结构及去配位机制。ESI-MS捕捉到[LiNO3–Li+–TEP]+簇峰，MD显示其占比37%；LiNO3向Li+供电子降低电荷密度，7Li NMR高场位移佐证；PMF计算给出簇结构去配位能垒仅7.46kJ mol-1，显著低于无双阴离子体系。

图3：负极界面Li传输动力学。DRT解析EIS表明R-TN使电荷转移阻抗由≈630Ω降至≈95Ω；DFT电荷密度差分图与有效电荷定量揭示簇溶剂化物在界面富集76.5e，增强电场耦合，加速低温氧化还原动力学并抑制枝晶。

图4：全电池低温性能。高载量NCM622||Li电池在−20°C、0.9mA cm-2下循环100圈容量保持近100%，平均CE 99.5%；超薄锂、4.3V高截止电压及−40°C极限条件均验证R-TN电解液兼具高倍率、长寿命与安全窗口优势。

图5：簇溶剂化设计原理总结。对比示意图揭示：LiNO3供电子降低Li+电荷密度从而削弱Li+-TEP键合（Ede2<Ede1），同时簇结构在界面释放更多有效电荷（N2>N1），协同实现低能垒去配位与快速电荷交换，为低温锂金属电池电解液选型提供新范式。

综上，本研究通过引入强配位LiNO3与TEP形成簇状溶剂化壳，利用NO3-的给电子效应降低Li+电荷密度并削弱Li+-溶剂相互作用，从而显著降低Li+去配位能垒、加速界面电荷交换，使锂金属电池在−20°C下实现低极化、高倍率、长循环与4.3V高电压稳定运行，为低温高功率锂金属电池电解液设计提供了基于“电荷密度调控”的新范式。

Dampening Lithium Charge Density by Clustering Solvents and Anions to Tame Lithium De-Coordination Energy for Low-Temperature Lithium-Metal Batteries. Adv. Energy Mater., 2026. https://doi.org/10.1002/aenm.202505551

文章来源：电池未来

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