鋰金屬電池因其高能量密度成為下一代儲能技術領域的研究熱點。高電壓鋰金屬電池的循環壽命高度依賴于電解液在負極和正極兩側的穩定性。通過提高鹽和溶劑的摩爾比，如設計高濃度（HCE）或局部高濃電解液（LHCE），可以增強電極/電解液界面穩定性，但這種運用鋰離子（Li⁺）和溶劑配位的方法受制于鹽溶解度的制約。

基于此，浙江大學范修林團隊提出了一種雙錨定策略，通過原子間的定向相互作用調控溶劑分子的溶劑化位點。這種非離子配位的方法突破了傳統離子配位方法固有的溶解度限制，顯著增強了電解液對鋰金屬負極和高電壓正極的兼容性，實現了高電壓鋰金屬電池的長期穩定循環。

作為策略的驗證，作者以二甘醇二甲醚（G2）作為基礎溶劑進行研究。與單甘醇二甲醚（G1，即DME）相比，G2含有更多的醚氧原子，其溶劑化位點的調控更具靈活性。通過引入特定的錨定劑1,1,1,3,3-五氟丁烷（PFB）與1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE），來調控G2的溶劑化位點。具體而言，具有高負電性氟原子的PFB利用F^δ--H^δ+相互作用拉伸G2的分子鏈，使更多的Li⁺-G2構型從三齒配位轉變為雙齒配位，為陰離子進入Li⁺溶劑化殼提供了更多空間，有利于陰離子衍生SEI的形成；而具有高正電性氫原子的TTE通過H^δ+-O^δ-相互作用錨定G2中未被Li⁺配位的自由氧位點，從而增強了G2的抗氧化穩定性。結果標明，使用雙錨定策略設計的G2-PFB-TTE（GPT）電解液在負極和正極側的穩定性都得到了顯著提升。GPT電解液中鋰金屬負極的沉積/剝離庫倫效率達到99.76%，氧化電位從4.65 V提升到4.92 V。此外，采用GPT電解液裝配的30-μm-Li||2.0-mAh cm^-2 LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）電池在4.4 V下和4.5 V下循環壽命分別達到834次及350次。無鋰負極Cu||LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂（NCM523）軟包電池（200 mAh）實現100次循環。

該研究展示了一種通過定向原子錨定效應實現非離子溶劑化調控的新策略，為開發適用于高電壓鋰金屬電池的醚類電解質提供了參考。

Regulating Solvating Sites for Stable High-Voltage Lithium Metal Batteries

Zeyuan Liu, Shuoqing Zhang, Haikuo Zhang, Baochen Ma, Haotian Zhu, Tao Zhou, Long Li, Xuezhang Xiao, Ruhong Li, Lixin Chen, Tao Deng, Xiulin Fan

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202506395