锂金属电池凭借3860 mAh/g 超高理论比容量与 -3.04 V（vs. 标准氢电极）最负电位，成为突破400–500 Wh/kg能量密度瓶颈的核心体系。然而，锂金属–电解液界面的本征不稳定性引发锂枝晶生长、SEI 反复破裂重构、活性锂与电解液持续不可逆消耗，严重制约其循环寿命与安全性。如何精准调控界面化学、构筑稳定 SEI、实现长循环高安全锂金属电池？近期，宁波大学、中国科学院宁波材料所团队在ENGINEERING Energy发表综述，系统梳理添加剂、弱溶剂化 WSE、高浓/局域高浓 HCE/LHCE、新型分子设计四大电解液核心策略，深入解析界面稳定机制、剖析单一策略局限，并提出多策略协同优化新路径，为下一代高能量密度锂金属电池电解液理性设计提供全面指引。
1. 系统性：首次完整整合添加剂、WSE、HCE/LHCE、新型分子设计四大策略，建立统一的电解液设计–界面化学–锂金属稳定性关联框架
2. 机制深度：从溶剂化结构演化、界面反应路径、SEI 组成/结构调控、锂枝晶抑制等维度，揭示界面稳定本质规律
3. 数据硬核：覆盖547 Wh/kg、500 Wh/kg、410 Wh/kg等多体系高能量密度软包电池数据，循环寿命最高达470 圈（80% 保持率）
4. 应用导向：紧扣高面容量正极、贫电解液、低 N/P 比等工业苛刻条件，兼顾学术机理与产业化需求
5. 前瞻引领：明确单一策略局限，提出多策略协同、非反应型添加剂、无氟/低氟溶剂、机器学习高通量设计等未来方向
本文围绕锂金属–电解液界面稳定，从表征方法、四大策略、协同优化、总结展望四部分展开。
1、界面研究核心手段：计算模拟+SEI 表征
计算模拟：DFT 计算 HOMO/LUMO 评估氧化还原稳定性；MD 模拟定量解析Li?溶剂化结构与界面反应路径
先进表征：ssNMR 定量可逆锂/死锂/SEI 锂分布；Cryo-EM 纳米级分辨 SEI 层状结构；T-DEMS、E-G&IC 实现界面反应定量解析
2、四大电解液设计策略
图1. 用于稳定锂金属–电解液界面的电解液设计策略
（1）添加剂策略
核心：微量添加（<5 wt%），优先还原构筑稳定 SEI，兼容现有产线，成本低
代表：LiNO3诱导富 Li2O/LiOH 高离子电导 SEI；FEC诱导富 LiF 高机械强度 SEI
协同：FEC+LiNO3平衡高离子传输与高化学稳定性，Li||Cu 半电池CE>99%
局限：添加剂不可逆消耗，长循环失效
图2.锂金属电池中用于调控锂金属–电解液界面化学性质的添加剂策略
（2）弱溶剂化电解液 WSE
核心：引入低介电常数、弱溶剂化溶剂，降低Li?溶剂化能与去溶剂化势垒，促进阴离子进入溶剂化鞘
效果：诱导富 LiF/Li2O SEI，实现致密均匀锂沉积
性能：Li||NCM90 软包电池365 Wh/kg，98 圈 90% 保持
局限：弱溶剂化溶剂还原稳定性差，易引发副反应
图3.调控锂金属负极界面特性的弱溶剂化电解液（WSE）策略
（3）高浓/局域高浓电解液 HCE/LHCE
核心：高浓度锂盐构筑CIPs/AGGs阴离子主导溶剂化结构，优先还原形成富无机 SEI（LiF、Li2O、Li3N、Li2S）
LHCE 优势：惰性稀释剂降低粘度、提升润湿性，保留核心溶剂化结构
性能：Li||NCM811 软包电池500 Wh/kg，150 圈 92% 保持
局限：无机 SEI脆性大，锂体积变化易破裂；锂盐持续消耗
图4.高浓度/局域高浓度电解液（HCE/LHCE）策略稳定锂金属–电解液界面的作用机制
（4）新型分子设计策略
核心：定向合成新型锂盐、杂化溶剂、弱配位稀释剂，精准调控界面反应与溶剂化结构
代表：杂化溶剂 BMC 兼顾醚类还原稳定性与酯类氧化稳定性；弱配位稀释剂 HFTHP 诱导内层富 Li2O/外层富 LiF双层 SEI
性能：Li||NCM811 软包电池410 Wh/kg，470 圈 80% 保持
局限：多步合成、成本高，规模化难度大
图5.锂金属电池中新型分子设计策略稳定电极–电解液界面（EEI）的作用机制
3、单一策略局限
添加剂：循环中持续消耗，长循环失效
WSE：弱溶剂化溶剂还原稳定性差，副反应多
HCE/LHCE：富无机 SEI易脆裂，锂盐持续消耗
新型分子：合成复杂、成本高昂，产业化受限
图6.面向锂金属–电解液界面的电解液设计策略的固有局限性
4、协同优化策略：突破单一策略瓶颈
思路：多策略互补，克服各自缺陷，构筑多功能、高稳定界面
典型案例：
LHCE+WSE+添加剂：弱溶剂化稀释剂 TFEE 调控溶剂化结构，LiFMDFB+AgNO3优化 SEI，Li||Cu 半电池CE 高达 99.85%，低温性能大幅提升
LHCE+LiNO3：在0.94 g/Ah 贫电解液、5.1 mAh/cm² 高面容量条件下，5.8 Ah 软包电池实现503.3 Wh/kg，260 圈稳定循环，-40 ℃仍达339 Wh/kg
机制：协同构筑富无机、梯度异质、聚合物–无机复合SEI，平衡离子传输、机械强度、化学稳定性
图7.提升锂金属–电解液界面稳定性的电解液协同设计策略
核心总结
1. 四大电解液策略均通过调控溶剂化结构、诱导稳定 SEI实现界面稳定，但各有局限
2. 协同设计是突破瓶颈、提升界面长期稳定性的核心路径，可兼顾高能量密度与长循环
3. 综述建立机理–策略–性能–局限完整逻辑，为电解液理性设计提供系统框架
未来方向
1. 深化协同策略：抑制 WSE 副反应、缓解 HCE/LHCE 锂盐消耗，延长电池寿命
2. 优化新型分子定位：以功能添加剂形式融入成熟体系，兼顾性能与成本
3. 开发非反应型添加剂：避免不可逆消耗，适配长循环需求
4. 发展低成本可持续电解液：推进无氟/低氟溶剂、低浓度电解液，降低成本与环境影响
5. 机器学习驱动高通量设计：构建数据筛选–模型预测–实验验证闭环，加速高效电解液开发
（来源：EngineeringJournals微信公众号）
相关论文信息：https://journal.hep.com.cn/fie/EN/10.1007/s11708-026-1063-3
