南大第9篇正刊！周豪慎教授為唯一通訊作者在《Nature》發(fā)表研究成果

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近日，南京大學(xué)周豪慎教授團隊在高能量密度鋰金屬電池電解液研究方面取得重要進展。團隊提出了一種基于“靶向配位反溶劑”的單相梯度溶劑化結(jié)構(gòu)電解質(zhì)設(shè)計策略，通過定制電極“界面微環(huán)境”，攻克了鋰金屬電池中電極—電解質(zhì)界面兼容性差的長期難題，為高能量密度鋰金屬電池的實用化提供了新思路。

南京大學(xué)2026年正刊統(tǒng)計（通訊作者）：

2026年7月8日，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院、南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理全國重點實驗室周豪慎教授為論文的唯一通訊作者在全球頂級 科研期刊《Nature》發(fā)表題為“Single-phase gradient-solvation-electrolyte-stabilized Li metal batteries”的研究論文。南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院直博生楊伍桀為論文的第一作者。南京大學(xué)為本文的第一完成單位。

值得注意的是，這是南京大學(xué)2026年度第9篇Nature/Science正刊（通訊作者），也是南京大學(xué)本年度第6篇Nature/Science正刊（通訊作者+第一作者） 。

南京大學(xué)周豪慎教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊在高能量密度鋰金屬電池電解液研究方面取得重要進展。團隊提出了一種基于“靶向配位反溶劑”的單相梯度溶劑化結(jié)構(gòu)電解質(zhì)設(shè)計策略，通過定制電極“界面微環(huán)境”，攻克了鋰金屬電池中電極—電解質(zhì)界面兼容性差的長期難題，為高能量密度鋰金屬電池的實用化提供了新思路。

南大周豪慎教授團隊最新成果讓高比能鋰金屬電池“穩(wěn)”下來

鋰金屬電池面臨的挑戰(zhàn)

鋰金屬電池憑借其超高能量密度優(yōu)勢，成為支撐新能源汽車、高端消費電子等產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵儲能技術(shù)。然而，目前商業(yè)化的碳酸酯基電解液難以穩(wěn)定鋰金屬負極，這不僅導(dǎo)致電池可用壽命不足，嚴重的鋰枝晶生長還會帶來極大的安全隱患。

近年來，要進一步提高鋰金屬負極可逆性，需要完成從傳統(tǒng)的以溶劑為主導(dǎo)的電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)向富陰離子溶劑化結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，已成為業(yè)界共識。其中，結(jié)合高濃度鋰鹽與反溶劑的局部高濃度醚基電解液，憑借其富陰離子的溶劑化結(jié)構(gòu)與良好的理化特性，使鋰負極具備良好的可逆性以及相較低濃度電解液更好的高電壓穩(wěn)定性，推動了鋰金屬電池的技術(shù)迭代。然而，在電池充電這一動態(tài)過程中，不可避免地需要界面處電解液中的溶劑或陰離子來接收正極釋放的鋰離子。這也就意味著即使在高濃度電解液，這樣一個被認為在靜態(tài)下幾乎所有溶劑、陰離子都參與進鋰離子溶劑化團簇的體系中，在電極表面仍需要發(fā)生溶劑、陰離子的暫態(tài)脫配位，從而與新脫出的鋰離子締合。而像這種非配位態(tài)的溶劑或陰離子，往往是不穩(wěn)定的，易發(fā)生不可逆分解。電解液組分的分解不僅會持續(xù)惡化電極界面，不同步的各組分降解情況還會使溶劑化結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這反過來又會進一步影響電解液的氧化還原穩(wěn)定性，加速電解液消耗，最終影響電池循環(huán)壽命。

梯度溶劑化結(jié)構(gòu)電解液設(shè)計

針對上述問題，研究團隊引入了一種可以靶向配位的反溶劑（TLAS）。研究發(fā)現(xiàn)該反溶劑在充電過程的電場作用下，對正極釋放的鋰離子表現(xiàn)出介導(dǎo)能力，從而可以極大程度地繞過鋰離子溶劑化團簇中主溶劑和陰離子的脫配位過程，這可以抑制鋰離子溶劑化團簇組分在正極表面的降解，以及后續(xù)副反應(yīng)產(chǎn)物在正負極間的串擾，從而在陰離子主導(dǎo)的溶劑化團簇和醚類溶劑對鋰負極兼容性優(yōu)異的情況下，穩(wěn)定正極界面。同時，TLAS的靶向配位行為僅能在正極表面區(qū)域被觀測到，遠離電極界面的體相則表現(xiàn)出類似靜態(tài)下熱力學(xué)平衡的溶劑化狀態(tài)，表明所提出電解液在電場作用下的溶劑化結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)空間梯度性（圖1）。

圖1 電解液在正極界面處的動態(tài)溶劑化行為

高比能鋰金屬軟包電池驗證

團隊所提出的梯度溶劑化結(jié)構(gòu)電解液在面向?qū)嶋H應(yīng)用的高能量密度鋰金屬軟包電池中得到了驗證（圖2）。結(jié)合薄鋰負極、高負載的高鎳正極以及貧電解液的嚴苛條件，采用梯度溶劑化結(jié)構(gòu)電解液的450 Wh kg–1級鋰金屬軟包電池可實現(xiàn)超750次的循環(huán)壽命。進一步將電池參數(shù)推向極限，鋰金屬軟包電池的能量密度可以達到605 Wh kg–1，并穩(wěn)定循環(huán)150次。這一研究成果不僅為高能量密度鋰金屬電池電解質(zhì)工程提供了新思路，還有望被拓寬到其他電池體系與應(yīng)用場景。

圖2 高能量密度鋰金屬軟包電池性能驗證

該研究通過引入一種電場響應(yīng)的靶向配位反溶劑，構(gòu)筑了一種單相梯度電解液來定制化調(diào)控電極界面穩(wěn)定性。不同于以往電解質(zhì)設(shè)計策略聚焦靜態(tài)下的溶劑化結(jié)構(gòu)調(diào)控，該工作轉(zhuǎn)向精準調(diào)控電極界面的動態(tài)溶劑化行為，為堿金屬電池電解質(zhì)工程提供了新范式。

通訊作者簡介

周豪慎，南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院教授。 中組部國家特聘專家，教育部長江學(xué)者，科技部 973 首席科學(xué)家。1985 年于南京大學(xué)本科畢業(yè)， 1994 年于日本國立東京大學(xué)獲博士學(xué)位。曾任日本國立產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(AIST)首席研究員，曾兼任國立東京大學(xué)特聘教授，曾兼任國立筑波大學(xué)教授。

長期從事鋰 / 鈉離子電池，金屬鋰 / 鈉二次電池，固態(tài)電池等動力和儲能電池的研發(fā)。作為通訊作者在 Nature （ 3 篇） , Nature Energy （ 3 篇） , Nature Materials, Nature Catalysis., Nature Communications, Science Advance, Joule 等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文 600 余篇，他引 60000 余次， H 因子超 140 ，授權(quán)國內(nèi)外專利 80 余件。

編輯、審核：艾克旦

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