鋰金屬電池因具備極高理論能量密度，被視為新一代儲能體系的重要發展方向。然而，其在寬溫區間下運行時仍面臨多重瓶頸：低溫下離子遷移遲滯、高溫下副反應加劇，以及鋰金屬表面易生成枝晶與“死鋰”。另一方面，硫化聚丙烯腈（SPAN）正極雖較傳統硫正極更穩定，但在醚類電解液中易發生 S–S 鍵斷裂并生成可溶鋰多硫化物（LiPS），導致容量快速衰減。因此，如何同時穩定正負極界面、并實現寬溫可逆反應，是推動鋰金屬體系實際應用的關鍵。

本文基于乙基丁基醚（EBE）的結構特點，通過調控分子溶劑化能力，使常規濃度（1 M LiFSI）的醚類電解液呈現顯著的陰離子富集溶劑化特征。得益于其非對稱結構，EBE 在保持弱溶劑化的同時改善了體系擴散動力學，使其能夠在?40 至 60 °C 的范圍內構建穩定的界面層，從而賦能寬溫 Li││SPAN 電池。

非對稱醚構建弱溶劑化結構

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不同于溶劑化能力強的 DME，DBE 通過延長烷基鏈降低溶劑化能力，但物化性質隨之變差。將 DBE 的一端丁基鏈縮短為乙基形成 EBE 后，分子極性分布得到優化，使其呈現與 DBE 類似的弱溶劑化能力，同時具備更優的鋰離子擴散性能。

分子動力學模擬顯示，EBE 電解液中的溶劑化結構可表征為：
Li?[FSI?]?.??[EBE]?.??[TTE]?.??。

在此結構中，FSI?明顯主導第一溶劑化鞘，聚集體（AGG）比例高達 87.6%，遠超 DME 體系的 16%。Raman 和 PFG-NMR 實驗亦證實了這一陰離子富集結構，有力支撐弱溶劑化電解液的理論判斷。

雙層界面的形成與功能

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陰離子富集溶劑化結構直接影響電極界面的化學組成與空間分布。EBE 電解液在鋰負極形成的SEI呈現明顯的內外分層：內層以Li?O為主，外層為有機物、硫化物及氮化物的混合相。相比傳統醚電解液中形成的有機富集“馬賽克”SEI，該 Li?O 主導的內層不僅具備更高 Li?電導率，還能阻隔電子穿透，抑制枝晶生長并減少“死鋰”累積，使鋰沉積趨向致密顆粒狀。

SPAN 正極界面亦隨溶劑化結構改變而發生顯著差異。在 EBE 中，CEI 的外層為非晶態薄層，而內層則形成由晶態Li?S、LiF、Li?N構成的無機層。此結構有利于提升 Li?遷移速率并阻斷 LiPS 的生成和溶解，有效實現“固–固”硫轉化過程，顯著降低 shuttle 現象。

不同電解液中界面結構示意圖a：傳統醚體系形成的有機物主導 SEI/CEI；b：EBE 電解液誘導形成的Li?O 內層 + 混合外層 SEI以及晶態無機內層 + 非晶外層 CEI。

鋰負極的寬溫可逆性

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在?20°C、25 °C 與 60 °C 的 Li││Cu 測試中，EBE 電解液均展現出更高且更穩定的庫侖效率（平均值 98.9–99.2%），且循環波動極小。SEM 顯示，DME 中的鋰沉積呈枝晶狀，而 EBE 中的鋰沉積始終保持為顆粒狀、致密結構；TOF-SIMS 與 XPS 則證明 EBE 體系中 SEI 更薄、Li?O 占比更高，原文也指出 Li?O 相較于 LiF 更能有效調控鋰沉積行為。

這些特征共同作用，使負極在寬溫區間保持高度可逆性，為長壽命鋰金屬電池奠定基礎。

SPAN 正極的穩定性提升

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在低溫?20°C下，DME 電解液中的 Li││SPAN 電池初始容量僅 350 mAh g?1，快速下降；而 EBE 體系初始容量達到 681 mAh g?1，在 500 循環后仍保持 595 mAh g?1。即使在?40°C，電池仍能在 0.1 C 下保持約445 mAh g?1的穩定放電容量。

常溫 25 °C 下，EBE 電池在 1 C 可運行 450 周，容量保持率達 73.9%，其平均庫侖效率可達 99.93%。高溫 60 °C 下，EBE 電池更可穩定循環 1000 周，容量保持 72.8%，表現優于 DME 體系，也達到現有醚基弱溶劑化電解液的先進水平。

此外，基于該體系的 Ah 級軟包電池在 150 mA 下能輸出 1041 mAh，驗證了其工程應用潛力。

抑制 LiPS 的機理

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計算顯示，EBE–Li?S?的結合能（–1.12 eV）顯著弱于 DME–Li?S?（–1.62 eV），說明EBE 不易溶解 LiPS。原位 UV–Vis 測試進一步表明，DME 中可觀察到 S?與 LiPS 的特征吸收峰，而在 EBE 中幾乎消失，證明其能夠實現近乎純粹的“固–固”硫轉化過程，從而避免活性物質損失。

該研究通過分子結構設計實現了電解液溶劑化結構的根本轉變，使正負極界面自發形成具有明確分層特征的雙層 SEI/CEI。同時，非對稱醚在低溫下保持可接受的粘度與離子擴散性能，在高溫下也具備足夠的化學穩定性，使 Li││SPAN 電池在?40 至 60 °C 范圍內均能穩定工作。

這一策略展示了溶劑化調控在界面工程中的關鍵作用，為下一代寬溫鋰金屬電池提供了一項可規模化應用的材料設計方案，也為極端條件下的能源設備提供了新的解決路徑。