所属栏目：新闻中心发布时间：2026-06-03浏览量:374
桂林航天工业学院黄德权团队在《储能科学与技术》发表论文《硅氧烷溶剂应用于高电压锂金属电池及电化学性能》。该研究针对锂金属电池中醚类电解液高电压不兼容及锂枝晶生长等关键瓶颈，创新性地引入硅氧烷(DMS)基电解液，成功构筑了稳定、富含LiF的固态电解质界面膜(SEI)，将电池的氧化稳定性提升至4.3V以上，显著提升了电池在高电压下的循环寿命与安全性，为开发下一代高能量密度、长循环锂金属电池提供了一种低成本、无氟污染的有前景策略。
核心创新：以“硅氧”替“碳氧”，突破电压瓶颈
传统乙二醇二甲醚(DME)基醚类电解液虽与锂金属负极兼容性好，但抗氧化能力弱(<4.0V)，无法匹配NCM811等高电压正极;而耐高压的碳酸酯类电解液则会在锂负极形成不稳定SEI膜。本研究的核心突破在于利用硅氧烷分子中Si-O键的键能(452 kJ/mol)显著高于传统醚类溶剂中C-O键(352 kJ/mol)的特性。这种更强的化学键赋予了DMS基电解液更高的本征氧化稳定性，使其能够稳定工作在4.3V的高电压窗口下，成功解决了醚类电解液与高电压正极不兼容的根本难题。
机制揭秘：调控溶剂化结构，构筑“富锂氟”护甲
研究通过径向分布函数(RDF)分析发现，在DMS基电解液中，Li⁺与双氟磺酰亚胺阴离子(FSI⁻)之间呈现出更强的配位能力，形成了“阴离子优先”的独特溶剂化鞘层结构。这促使FSI⁻阴离子在锂金属负极表面优先还原分解，从而原位构筑了一层以高离子电导率、高机械强度的氟化锂(LiF)为主要成分的无机致密SEI膜。XPS分析证实，该SEI膜中LiF含量远高于常规DME体系。这层坚固的“护甲”不仅能有效抑制锂枝晶的刺穿生长，还极大提升了锂离子的传输动力学，降低了界面阻抗。
性能卓越：全电池循环超300次，容量保持率超83%
实验数据充分验证了DMS基电解液的优越性：
• 半电池性能：Li||Cu电池在1.0 mA/cm²的电流密度和1.0 mAh/cm²的面容量下，可稳定循环300圈，平均库仑效率高达98.85%。扫描电镜(SEM)显示，锂沉积形貌为均匀致密的球形颗粒，而非蓬松的枝晶结构。
• 磷酸铁锂全电池：Li||LFP电池在2.0C高倍率下循环400次后，放电比容量未见明显衰减。即使在10.0C的超高倍率下，仍能保持117.6 mAh/g的容量，展现了出色的倍率性能。
• 高电压三元电池：Li||NCM811全电池在2.8–4.3V的高电压区间、1.0C倍率下循环300次后，容量保持率高达83.0%，首次放电比容量达215.2 mAh/g。这证明了该电解液体系在与高能量密度正极匹配时，依然能保证优异的长循环稳定性。
应用前景：低成本、高安全、高能量密度的新路径
该工作摒弃了昂贵且可能带来环境风险的氟代醚溶剂，通过巧妙的分子设计，利用硅氧烷溶剂同时解决了高电压兼容性与负极界面稳定性两大难题。所开发的DMS基电解液体系，为构建无需依赖高压氟化溶剂、兼具长循环寿命、高安全性和高能量密度的实用化锂金属电池开辟了一条全新的、有巨大潜力的技术路径。