随着便携电子设备的快速发展，高能量密度锂离子电池的需求日益迫切。然而，当前便携电子设备电池中主流的钴酸锂（LiCoO₂，LCO）正极材料在高电压（>4.3 V）下存在表面结构失稳、电解质分解等问题，导致电池容量衰减和循环寿命受限。通过调控电解质组分可改善正极-电解质界面（CEI）稳定性，但传统溶剂筛选方法缺乏明确的分子设计准则，导致高电压电解质溶液的开发效率低下。如何从界面化学角度出发，建立溶剂分子特性与电化学性能的量化关系，是高电压锂离子电池研究的关键挑战。

本研究提出一种基于Mulliken电荷描述符与Laplacian键级描述符的双描述符溶剂筛选策略，揭示了高电压下正极界面失稳的微观机制：四面体结构中表面钴离子的亚稳态是引发界面退化的主要原因。以Mulliken电荷量化溶剂分子与正极表面悬空键的吸附强度。通过溶剂-表面强作用抑制LCO表面的前期不可逆相变。同时，在评估溶剂抗氧化性方面，传统最高占据分子轨道（HOMO）仅反映单一轨道贡献，而Laplacian键级（LBO）通过电子密度拉普拉斯算符的负值积分，全面量化化学键稳定性，用于评估溶剂抗氧化性。最终，乙腈（AN）被选为核心溶剂，并基于AN设计了阴离子诱导的离子-溶剂配位（AI-ISC）电解液，使0.6 Ah石墨||LCO软包电池在4.55 V高压下，实现900次循环后容量保持率80%的突破性性能。

本研究首次将新型双描述符引入高电压电解液设计，并通过AN基电解液的成功验证为突破4.6V LCO电池瓶颈提供了创新解决方案。阐明了CEI形成前对界面相变抑制的重要意义及“吸附-抗氧化”的协同设计思想，有望拓展至其他层状氧化物正极体系，推动高电压锂离子电池的发展。

发表时间：2025年2月9日

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Dual-Descriptor Tailoring: Rational Solvent Molecule Tuning Enables High-Voltage Li-Ion Batteries

https://doi.org/10.1002/adma.202417076