2025年7月16日，華中科技大學等機構的科研人員在Nature期刊上發表了關於微乳液電解質設計策略的研究論文，該策略能夠為電池的正負極同時生成富A氟界麵相，無需通過鋰離子溶劑化調控。

鋰金屬負極與高鎳正極的組合被認為有望突破500 Wh kg-1的能量密度閾值。要實現高能量密度，能夠穩定正負極界麵相的電解質對於確保電池安全和長期循環至關重要。盡管陰離子衍生的無機界麵在鋰側已取得顯著成功，但開發同時保護兩個電極的內在策略仍是關鍵挑戰。

鋰金屬電池被視為最具潛力但又最具挑戰的下一代電池體係，但活性極高被譽為“聖杯”的金屬鋰負極和高鎳三元等高電壓正極兩側的電極界麵均不穩定，極易導致嚴重的副反應，這不僅縮短電池使用壽命，且帶來安全隱患。電解液作為連接電池正負極的關鍵組分，其優化設計對打破上述“三高”瓶頸至關重要。目前通常采用的調整鋰鹽/溶劑配比或引入功能添加劑等策略，對形成穩定的固態電解質界麵膜（SEI）從而提升負極界麵穩定性成效顯著，但對高電壓正極界麵膜（CEI）的優化效果不佳（圖1a）。這是因為充電過程中在電場和濃度場梯度作用下，陰離子隨鋰離子向負極遷移，導致正極側缺乏有效的成膜組分，難以形成穩定的CEI，最終影響電池的整體界麵穩定性。

為突破這一瓶頸，團隊提出基於液-液界麵張力（γL–L）的界麵調控新策略，發明了一類新型的非均相微乳電解液，成功將溶解性較差的功能性溶劑組分引入至電解液體係。通過分子設計，使全氟溶劑與局部氟化兩親性溶劑通過分子間作用力絡合形成微乳膠團（50~120 nm），將氟化相均勻穩定地分散於電解液連續相中，進一步利用γL–L驅動力使這些功能組分遷移，同步富集於正負極界麵，構建梯度分布的氟化界麵溶劑化層（圖1b）。這種不依賴電場方向和濃度梯度的界麵結構構建方式，有效解耦了溶劑化結構和界麵保護機製，減弱了高活性溶劑與電極的接觸，顯著抑製了界麵副反應，實現了對正負極界麵協同的動態保護。研究表明，采用該策略研製的安時級Li||NCM811軟包電池呈現出非常優異的性能：能量密度高達547/531 Wh kg-1，循環155/189次後容量保持率仍達79%/81%（圖1c），為目前行業領先水平；同時抑製了電池在循環過程中的產氣，針刺無壓降不起火，突破了高比能電池安全性差的瓶頸。

該研究提出的界麵張力驅動的“微乳電解液”策略，不僅突破了傳統電解液組分設計的限製，而且通過物理場驅動機製實現了高電壓條件下正負極界麵的動態協同穩定，為實現電池高能量密度、高穩定和高安全提供了新的解決方案。

圖1（a）、（b）Li+在充電過程的傳輸行為及正負極界麵演化示意圖，對應Li+溶劑化策略（a）和微乳電解液策略（b）；（c）Li||NCM811軟包電池在微乳電解液中的循環性能；（d）電池的電壓-容量曲線；（e）本文與報道的電池性能對比；（f）電池在循環前後的厚度變化

該論文由華中科技大學為第一完成單位和牽頭單位，聯合浙江大學、上海空間電源研究所、鄭州大學、武漢大學、清華大學共同完成。黃雲輝和袁利霞，以及浙江大學陸俊教授為共同通訊作者，材料學院博士生紀海錦和向經緯、上海空間電源研究所李永研究員、浙江大學博士後鄭夢婷為共同第一作者。黃雲輝領銜的動力與儲能電池團隊長期致力於高比能高安全鋰電池領域的研究，該工作從提出到完成曆時5年，這也是該團隊繼與同濟大學等合作提出金屬鋰負極疲勞失效新機製（Science,2025,388,311-316），時隔3個月後發表的又一重要成果。