锂金属电池因其高能量密度而被视为下一代先进储能技术的理想候选之一。然而，锂金属电池在实际应用中面临着诸多挑战，主要包括锂金属负极在充放电过程中的不均匀沉积、固体电解质界面的不稳定、以及电解液与锂金属之间的副反应等。这些问题导致锂金属电池的循环寿命短、倍率性能差，限制了其商业化应用。
在此，斯坦福大学崔屹、鲍哲南、秦健等人报告了一种不对称溶剂分子策略，显著加速了锂的氧化还原动力学。与对称醚相比，不对称醚（1-乙氧基-2-甲氧基乙烷、1-甲氧基-2-丙氧基乙烷）表现出更高的交换电流密度和增强的高速率Li0沉积/剥离可逆性。调节氟化水平进一步提高了氧化稳定性和Li0可逆性。不对称1-(2,2,2-三氟)-乙氧基-2-甲氧基乙烷与2M双（氟磺酰基）酰亚胺锂表现出高交换电流密度、氧化稳定性、致密的固体-电解质界面（~10纳米）。
基于此，在高倍率Li(50 μm)||LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811, 4.9 mAh cm−2)电池中可循环超过220次，在电动垂直起降循环方案下，在无负极Cu | |Ni95软包电池(200 mAh)中首次可循环超过600次。
图1. 机理研究
总之，该工作证明了非对称醚溶剂在高倍率锂金属电池中的优势。关键要点包括：（1）不对称醚可改善氧化还原动力学和循环稳定性。（2）氟化可增强氧化稳定性和SEI致密性。（3）F3EME表现出卓越的性能，可在无负极全电池中实现600次以上的循环。（4）eVTOL测试验证了基于F3EME的电解质在电池应用中的高倍率性能。因此，该工作为下一代电解质提供了新的设计框架，为电动航空、高功率存储和快速充电应用中的高性能锂金属电池铺平了道路。
图2. F3EME电解质的高倍率LMB性能及其使用eVTOL协议的实用性测试
Asymmetric ether solvents for high-rate lithium metal batteries，Nature Energy 2025 DOI：10.1038/s41560-025-01716-w
崔屹，纳米材料科学家，美国国家科学院院士，斯坦福大学终身教授、博士生导师。1998年在中国科学技术大学获理学学士学位；2002年在美国哈佛大学获博士学位；2003年在加州大学伯克利分校从事博士后研究。29岁入职斯坦福大学，44岁成为斯坦福能源研究所的首位华裔主任。主要研究内容为纳米材料在能量存储、光伏器件、拓扑绝缘体、生物及环境等方向的应用。崔屹教授2005年进入斯坦福任教，19年来，在他的斯坦福实验室受训的博士已经超过160位，培养出了超过90位教授，遍布世界名校。