JACS：解析离子液体电解质调控的微观充电界面实现稳定锂金属负极

背景：锂金属电池因高能量密度被视为下一代储能体系，但锂金属负极的高还原性带来安全隐患，且现有高浓度局部电解液难以兼顾高能量与高安全性。离子液体因宽电化学窗口、低蒸气压、高热稳定性和不可燃性成为电解液优选，但其分子结构如何调控电极/电解液界面双电层结构及动态演化的机理解析不足，缺乏与电池宏观性能的直接定量联系。研究目的：以Kornyshev模型为指导，设计合成氟代侧链长度不同的吡咯烷鎓基离子液体，探究有机阳离子尺寸对双电层结构的调控机制，建立微观界面结构与电池性能的关键关联。结论：更小的氟丙基吡咯烷鎓阳离子能提升双电层离子堆积参数，实现更致密的离子堆积与更高的界面电荷密度，增强微分电容并提高界面Li⁺与FSI⁻浓度，形成窄扩散层，促进稳定阴离子衍生固体电解质界面相的形成。基于该电解质的锂金属电池展现出优异循环性能（Li/Cu电池稳定循环500次，Li/Li对称电池稳定运行1000小时）和高安全性（4.5 Ah软包电池能量密度达505 Wh·kg⁻¹，通过针刺测试），建立了通过有机阳离子分子设计优化离子液体电解质双电层结构的普适策略。