近日，中国科学技术大学任晓迪、崔壮壮团队围绕低温电解液中的分子配位与离子迁移，提出“潜溶剂化化学”设计策略：让常温下较少参与配位的稀释剂，在降温后更多进入Li⁺溶剂化环境。研究以氟苯为代表，将温度响应配位与较低的静电耦合倾向结合，在石墨基锂离子电池中改善低温动力学，并维持室温循环耐久性。
在−20 ℃下，采用该电解液的石墨||NMC811全电池支持5 C充电倍率测试；在−50 ℃下仍可提供超过150 mAh g⁻¹的可逆容量。另一组室温测试中，1.2 Ah软包电池循环2000圈后容量保持率为91.04%。成果以“Latent Solvation Chemistry with Low Electrostatic Stickiness Enables Wide-Temperature Fast-Charging Lithium-Ion Batteries”为题发表于《德国应用化学》国际版（Angewandte Chemie International Edition）。
低温充电的困难贯穿电解液与电极界面：离子在液相中移动变慢，到达石墨表面后还需经历脱溶剂化、界面电荷转移及穿过固体电解质界面膜（SEI）等过程。任一环节受阻，都会增加极化与析锂风险。与此同时，面向宽温域应用的配方还须满足常温和较高电压下的循环要求。因此，分子的配位能力、迁移约束与反应稳定性需要放在同一体系中考察。
这项研究关注的是稀释剂在不同温度下能否改变其作用。以丙酸甲酯（MP）作为主要溶剂，研究团队考察稀释剂与MP之间的配位竞争：适当分子在常温下弱配位，降温后则增加参与度。低温招募能否发生，取决于不同配体的竞争自由能；理解这一变化，需要结合分子结构、温变谱学与模拟结果。
为找到适合这一机制的分子，研究团队采用锂亲和性α和静电稠度β两个描述符。α由分子范德华表面的最低静电势表征，用于比较对Li⁺的吸引倾向；β由表面平均绝对静电势构建，用于评估分子的静电耦合倾向。前者帮助判断配位参与的可能性，后者为比较迁移时受到的环境约束提供线索。在本研究分子库中，适度锂亲和性与较低β的组合，为候选稀释剂筛选提供了依据。
氟苯（FB）表现出所需的温度响应。采用统一3.5 Å截断距离的模拟统计显示，−50 ℃时的Li⁺–F配位数为25 ℃时的1.58倍。配位还会改变C–F键的电子分布，提示分子筛选不仅关系到液相输运，也可能影响后续界面反应。由此，研究选用FB构筑温度响应电解液（TRE），并以三氟甲苯体系（E–BTF）等作为对照。
图1. 锂亲和性与静电稠度指导稀释剂筛选，并揭示温度依赖配位及C–F键电子结构变化
温变谱学为低温招募提供了实验依据。研究通过温变¹⁹F核磁共振追踪配位环境，并以同一温度下的游离分子作为参照。FB的电解液诱导化学位移由25 ℃时的−0.55 ppm变为−30 ℃时的−0.63 ppm；BTF则由+0.12 ppm变为+0.04 ppm。低温下增强的⁷Li–¹⁹F HOESY信号进一步支持Li⁺与FB的近程接触增多。结合局域静电势与孤对电子方向分析，这些结果说明含氟分子的配位响应与具体分子构型有关。
温度响应在极化界面附近更为明显。恒电位分子动力学采用石墨烯模型界面，显示从25 ℃降至−50 ℃后，负、正极化界面处的Li⁺···F配位数分别增至原来的8.26和10.13倍。Li/Li⁺电位温度系数测量也显示TRE具有更强的温度依赖。谱学、界面模拟和热力学测量共同支持：FB的参与程度会随温度和界面环境发生重分配。
图2. 温变谱学与极化界面模拟验证氟苯的低温配位招募，并分析其热力学响应
配位参与度提高之后，新的溶剂化结构能否保持较快迁移，是另一项关键检验。分子动力学与扩散核磁结果显示，分子扩散行为与静电耦合倾向存在关联。研究进一步将Li⁺及其第一溶剂化层视作迁移单元，通过受力响应分析构建摩擦代理指标。TRE在低温下表现出较小的迁移约束，说明温度响应配位可以与有利的输运特征共存。β描述的是静电作用倾向，而完整迁移行为还受到分子尺寸、构型等因素影响。
宏观测量同样显示了低温优势：TRE在−20 ℃和−60 ℃下的离子电导率分别为3.5和2.25 mS cm⁻¹，锂离子迁移数为0.79，高于E–BTF的0.71。阻抗与温度依赖分析进一步支持更有利的界面电荷转移动力学。这些结果把分子配位响应与可测量的传输性能联系起来，也为后续全电池测试提供了动力学依据。
图3. 分子扩散与迁移单元受力分析揭示低温输运优势，电导率和阻抗测量验证动力学改善
在石墨||NMC811全电池中，TRE使−20 ℃下0.5 C循环350圈后的容量保持率达到94.0%。充电倍率测试中，电池在5 C充电时仍输出113 mAh g⁻¹，降低倍率后容量可以恢复；该测试的放电倍率为0.33 C，电极面容量为1.0 mAh cm⁻²。在更低的−50 ℃下，电池可逆容量超过150 mAh g⁻¹，100圈后容量保持率为91.39%；对应协议为0.05 C恒流恒压充电、0.1 C恒流放电。上述结果分别检验了低温充电倍率与更低温度下的可逆运行。
除低温动力学外，研究还检验了电解液的室温耐久性。室温4.5 V、1 C测试中，电池循环700圈后容量保持率为81.93%。在1.2 Ah石墨||NMC811软包中，25 ℃、4.3 V上限及0.33 C充放电条件下，2000圈后的容量保持率达到91.04%，测试运行时间超过600天。低温扣式电池与室温软包的验证共同表明，该配方可在不同工况下兼顾动力学和耐久性。
图4. 石墨||NMC811全电池的低温循环与充电倍率表现，以及室温Ah级软包长循环验证
循环后的石墨界面提供了另一部分解释。高分辨透射电镜显示，TRE形成的SEI厚度约为1.8 nm，而E–BTF约为7.5 nm；原子力显微镜显示TRE循环后石墨表面更为平整。深度分辨XPS及飞行时间二次离子质谱进一步揭示，其内层界面具有更明显的LiF富集特征，LiF相关碎片分布更连续，有机碎片较少。较薄的界面层有助于缩短跨界面传输路径，与低温极化减小的结果相呼应。
分子层面的计算表明，Li⁺配位能够极化并削弱FB的C–F键，降低键伸长所需能量。保持相同LiFSI/FEC背景、以不含氟的苯替换FB后，内层SEI中LiF相关的氟含量下降。这一对照支持配位FB对LiF富集的贡献，将温度响应配位与界面成膜联系起来；体系中的锂盐和含氟添加剂也可参与界面形成。
图5. 薄层富LiF石墨界面的结构与化学证据，以及配位氟苯参与成膜的分子机制
这项工作的核心贡献，是把稀释剂的温度依赖配位纳入电解液设计。研究从分子静电特征出发，追踪降温后的配位重分配，再考察溶剂化单元迁移、界面反应与全电池表现，建立了可相互印证的证据链。FB的作用贯穿液相与界面：其低温配位参与增多，与较低迁移约束相结合；配位引起的电子结构变化，又为含氟分子参与成膜提供了路径。
研究也表明，最终配方选择仍须考虑独立的化学与电化学稳定性要求，具有低温配位潜力并不足以保证长期循环。后续可在不同锂盐和主要溶剂中检验配位竞争规律，并在更高面容量、较少电解液用量及实际低温充电协议下评估适用性。对于宽温域电解液开发，这一工作提供了一个具体切入点：考察分子在温度变化时如何参与配位，以及这种变化如何影响输运和界面。
中国科学技术大学李亮、崔壮壮为论文共同第一作者，崔壮壮、任晓迪为共同通讯作者。研究得到国家重点研发计划（2021YFA1201800）和国家自然科学基金（92472125）资助，并获得中国科学技术大学相关仪器与微纳研究平台、合肥先进计算中心支持。
文献信息：Liang Li, Zhuangzhuang Cui, Dazhuang Wang, Jiasen Guo, Jiajia Fan, Jun Ma, Digen Ruan, Junhao Jiang, Xiaodi Ren. Latent Solvation Chemistry with Low Electrostatic Stickiness Enables Wide-Temperature Fast-Charging Lithium-Ion Batteries. Angewandte Chemie International Edition, 2026, e3947346.
