中国科学技术大学近日宣布，该校任晓迪教授团队实用化高比能锂金属电池的超快充电上取得进展。团队自主研发的新型电解液体系，使能量密度达400瓦时每千克的工业级锂金属软包电池首次实现4C超快充放电的稳定运行：可在15分钟内完成100%充电，或在10分钟内完成80%充电。涉及的成果已于1月23日在线发表于国际学术期刊《自然·能源》。锂金属因理论比容量高、电极电势低，被认为是下一代高能量密度电池的理想负极材料。但在实际应用中，快速充电会带来突出挑战：锂离子在负极表面沉积不均易诱发锂枝晶生长——进而导致电池内部短路——影响安全性与循环寿命。此问题长期制约锂金属电池走向实用。现有电解液工程多从优化锂负极固体电解质界面或提升锂离子传导入手，但在极端工况下的超快充场景中效果仍受限制。任晓迪团队则从机理出发，系统分析超快充条件下锂金属沉积行为，提出基于溶剂化结构空间电子分布的电解液设计策略。研究团队通过理论计算与实验筛选，发现一种新型醚类分子MTP具有独特结构特性：其孤对电子轨道与锂离子配位时呈共平面对齐构型，与传统溶剂常见的空间错位电子结构明显不同。单晶衍射与多种谱学表征继续验证了这一特征。这种共平面对齐的溶剂化空间电子构型可与锂离子空轨道形成更强电子耦合，促进界面反应中电子向锂离子的高效转移。在高电流密度下，基于MTP的电解液可实现锂金属更均匀的沉积，抑制不可控锂枝晶生长，从而明显提高超快充条件下的循环稳定性。该思路在提升电解液离子传导能力的同时，强化了界面电子转移动力学，为高能量密度电池在极端工况下的电解液分子工程设计提供了新的路径。该成果也显示出应用潜力。超快充对电动汽车、便携式电子设备等领域意义突出，有望缩短补能时间、改善使用体验并缓解“里程焦虑”。工业级锂金属软包电池在超快充条件下实现稳定运行，意味着相关技术向实际应用又迈出了一步。
从“更快充电”到“更安全地快充”，关键不只在电流大小，更在微观过程能否被精确调控。以分子构型为切入点重塑电解液设计逻辑，为锂金属电池跨越快充瓶颈提供了新的技术语言。面向未来，机理研究与工程验证需要同步推进，持续打通从实验室到产业化的关键环节，才能让高比能电池更可靠地支撑绿色低碳转型。