近日，广东工业大学轻工化工学院教授刘全兵课题组与美国德克萨斯大学奥斯汀分校教授余桂华团队合作，创新性地提出利用“自适应氢键域”重塑电解液溶剂化结构，成功攻克了高电压（>4.6V）条件下电极-电解液界面不稳定以及离子传输动力学迟缓的难题。相关研究成果发表于《自然-通讯》。

研究团队综合运用密度泛函理论计算与分子动力学模拟方法，引入具备电化学稳定性的 2-氰基-N-甲基乙酰胺（ANM）作为共溶剂，构建出纳米级的有序氢键域。这一创新举措实现了电池热力学稳定性与界面动力学的双重优化，为高性能电解液的理性设计开辟了全新路径。

当前，将充电截止电压提升至4.6 V及以上，是实现锂金属电池比能量超过400 Wh kg^-1的核心研究方向，也是迈向下一代高性能储能技术的关键里程碑。然而，在封闭的电池体系中，锂离子（Li⁺）与溶剂之间存在强亲和力，这严重抑制了Li⁺的去溶剂化过程。同时，无序的传质过程以及不稳定的界面反应，常常导致电池性能快速衰减。

研究团队深入探究发现，ANM分子能够与碳酸酯分子形成典型氢键与非典型氢键的协同作用。这种独特的双重氢键相互作用，不仅打破了传统电解液中松散的溶剂团簇结构，还产生显著的溶剂拖拽效应，诱导形成紧密且富含阴离子的锂离子溶剂化结构。该结构有效降低了溶剂分子在高电压正极表面的氧化活性，促进了富含无机组分（如LiF、Li₃N和Li₂O）的坚固固体电解质界面（CEI）膜的形成，并构建了定向的锂离子快速传输通道，从根本上抑制了NCM811正极在高压循环下的不可逆相变（H₂-H₃）。

在实际应用中，该策略成功应用于1.6Ah级、4.7V的高电压锂金属软包电池，实现了418.2 Wh kg^-1的高能量密度，达到当前高电压锂金属电池研究的前沿水平。

该研究为高比能锂金属电池的电解液开发提供了全新的设计范式。通过精准调控分子间氢键相互作用，优化溶剂化化学和界面工程，不仅阐明了“自适应氢键域”在提升电池耐高压及抗氧化性能中的关键作用机制，更为未来开发高能量密度、长寿命的下一代储能系统提供了重要的理论支撑和可行的技术路径。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69160-2