重大突破！宁德时代之后，中国锂金属电池领域再出创新方案

重大突破！锂金属电池迎来关键进展——针对其电化学稳定性这一核心难题实现突破，有望推动液态锂电池体系向更高能量密度发展。

7月16日，一篇论文引发关注，标题为《液-液界面张力调控实现锂离子电池稳定化》。该论文由上海空间电源研究所联合浙江大学、华中科技大学共同完成，其中上海空间电源研究所作为共同第一作者单位，首次在《Nature》发表成果，值得祝贺。

上海空间电源研究所隶属航天科技八院，是专门为航天器、火箭等空间载具研发电源的机构，背景深厚。首先需要明确，本文讨论的是锂金属电池。即以金属锂直接作为负极的电池。

传统石墨负极通过脱嵌锂离子实现电荷存储，虽性能稳定，但其比容量仅372mAh/g。若去除石墨，直接让金属锂在负极集流体上沉积与剥离，理论比容量可达3860mAh/g，能量密度将大幅提升，此类电池即锂金属电池，与传统锂离子电池存在本质差异。既然如此，为何长期未见其应用？

原因在于，现有液态锂电池体系中，直接以金属锂作为负极时稳定性极差——易与电解液发生副反应，生成锂枝晶，导致容量快速衰减且安全性不足，因此长期沿用更稳定的石墨负极。此前提及锂金属电池多与固态电解质相关——固态电解质不含有机溶剂，副反应较少，且固态电池的硬度可抑制锂枝晶生长。

但近年来，随着锂电池研发投入增加，液态体系在锂金属电池领域已取得显著进展。最典型的案例是4月宁德时代发布的自生成负极技术——该技术本质为金属负极技术，可应用于金属锂或金属钠。值得注意的是，该技术适配液态体系，表明宁德时代已在一定程度上解决了相关问题。

宁德时代的核心策略是什么？其核心在于通过研发各类添加剂消除副反应。客观而言，这一成果已属不易——锂电池本质上是“黑箱”，其具体机理尚未完全明确，添加剂研发更需全局考量。难度极大，因此宁德时代的资金投入至关重要。但本次论文提出的方案，在理念上更具创新性——其首次实现“离子传输与界面保护解耦”这一关键机制。

这一机制较为复杂，需从锂离子电池工作原理说起。锂离子在正负极间穿梭时，需先穿过电解质界面——正极界面（CEI）与负极界面（SEI）。这两个界面由首次充电时电解液中的有机溶剂、锂盐及添加剂等成分在电极表面反应生成，本质是副产物，却能有效屏蔽锂离子以外的物质，堪称“筛选器”。

锂电池研发中，工程师需平衡两大目标：提升锂离子迁移速率与增强电解质界面稳定性（即保护效果）。二者如“跷跷板”——提升迁移效率需低粘度溶剂，增强保护效果需高粘度溶剂，传统方法通过复杂调控离子溶剂化结构解决矛盾难度极大。

最终往往只能取得平衡，导致部分性能优势流失；若想保留如倍率性能、循环寿命、安全性等关键优势，则需更复杂调控，甚至需电池管理系统（BMS）通过专用算法介入，显著增加成本。

上海空间电源研究所等机构提出的方案则实现了“离子传输与界面保护解耦”——锂离子迁移与电解质界面形成成为独立可优化的环节，大幅降低电池设计难度，拓展了技术可能性。

具体而言，团队提出“微乳液电解质设计”——在碳酸酯溶剂构成的连续相中加入不溶性分散相，形成两相电解液。分散相主要由特殊设计的氟化物添加剂组成。该分散相在电解液中不溶，类似“油滴入水”现象——油与水因分子间作用力差异产生表面张力，系统倾向于最小化界面面积，故油滴会聚集成球形并上浮。

微乳液设计的原理类似但有细微差异：氟化物添加剂在表面张力作用下定向吸附于正负极表面，优先分解并通过系列反应生成电解质界面。由此可针对正负极电解质界面需求反向设计氟化物配方，单独优化其特性。由于电解质界面形成不再依赖连续相物质体系，连续相溶剂成分亦可单独优化，以提升锂离子迁移效率——此即“解耦”本质。

解耦设计带来多重直接收益：电解质界面选择范围拓宽，可探索高电压窗口配方；正极材料可匹配更高电压，助力能量密度提升；此外还有另一项收益——直接提升库仑效率（即充放电过程中电池的容量保持率）。传统锂电池中，用于构建电解质界面的成分全局分布，导致副反应在体相（两界面间区域）与界面同时发生，锂离子存在全局性消耗。

解耦设计下，锂离子仅在界面处消耗，实现全局最小化。传统锂电池中，CEI与SEI界面存在破碎与重建过程，主要受限于配方设计。解耦后，电解质界面可一次性构建致密结构，提供更稳定的保护效果，减少离子消耗，直接提升电池循环寿命。进一步分析，该设计对另一关键指标——日历寿命（论文未直接讨论）亦有潜在增益。锂电池日历寿命主要与电解质界面退化、电解质分解及自放电等问题相关。

解耦设计允许连续相与分散相单独优化，拓宽配方设计上限，可直接或间接改善电池自然老化过程。这正是本次锂金属电池的核心突破——相较宁德时代方案，其在搭载金属锂负极的锂电池综合性能提升方面更具参考价值。

其不仅对综合性能提升有一定助益，更提供了新思路——无需在添加剂中反复调试，可分别优化各环节。理论上，这为锂电池后续探索提供了重要参考，液态锂电池体系的发展远未终结。