综述：添加剂诱导的界面化学：下一代锂金属电池的关键

本综述系统阐述了电解质添加剂通过调控界面化学（SEI/CEI）提升锂金属电池（LMB）性能的核心机制，提出基于分解、悬浮、缓释和电极吸附功能的分类新范式，为设计高能量密度、长循环寿命电池提供了（人工智能）AI辅助的分子工程策略。

　　

可分解添加剂的作用

可分解添加剂是锂金属电池电解质设计中应用最广泛的类型，其特点是通过优先于溶剂或锂盐的分解反应主动参与界面膜构建。这类添加剂通常含有特定功能基团（如NO₃^?、酰胺、C?F键）、特征元素（硼、氟、氮）或具有特定氧化还原电位。即便添加量仅为0.1%至15%，也能显著提升电解质性能。其核心功能包括：诱导形成无机物丰富的固态电解质界面膜（SEI），有效抑制锂枝晶生长；通过优先还原反应消耗活性自由基，减少溶剂分子的持续分解；部分添加剂还能调节锂离子溶剂化结构，促进阴离子参与第一溶剂化鞘层，从而形成更致密、稳定的界面层。

悬浮添加剂的作用

针对传统可分解添加剂存在的消耗性耗尽和泄漏风险，悬浮添加剂通过引入不溶性固体颗粒建立固-液界面相互作用机制，为解决添加剂持续供应问题提供了新思路。这些不溶性颗粒通过表面吸附作用捕获锂离子（Li⁺）和溶剂分子，在电极界面形成动态保护层。其作用机制主要体现在三个方面：通过物理屏障效应引导锂均匀沉积；作为离子传导通道促进锂离子快速传输；通过表面官能团的选择性吸附调控界面处的离子分布。这类添加剂的优势在于避免了添加剂的持续消耗，同时提升了电池的安全性。

缓释添加剂的作用

缓释添加剂可视为可分解添加剂的"进阶版本"，其设计理念是将活性添加剂包裹在不溶性壳层基质中，通过特定的缓释机制在循环过程中维持持续稳定的添加剂浓度。这种设计巧妙解决了传统添加剂因一次性消耗而失效的痛点。缓释系统通过控制活性物质的释放动力学，确保在电池整个生命周期内都能提供有效的界面保护，特别适用于长循环需求的应用场景。其释放机制包括扩散控制、基质降解和刺激响应型释放等多种模式。

电极吸附添加剂的作用

与通过自分解构建界面膜的可分解添加剂不同，电极吸附添加剂作为非消耗性介质，通过分子中的极性官能团自发锚定在电极表面，引导形成坚固稳定的界面层。这类添加剂的吸附能力源于其分子结构中的极性基团，这些基团与电极表面产生强烈的物理化学相互作用。其独特优势在于：不参与分解反应，避免了添加剂的持续消耗；形成稳定的分子吸附层，有效调控锂离子流分布；同时适用于正极和负极界面改性，具有广泛的应用潜力。

比较与权衡

从1970年代乙烯碳酸酯（EC）成为主流共溶剂以来，电解质研究经历了从溶剂/锂盐优化到传统可溶性添加剂开发，再到如今多元化添加剂体系的发展历程。LiNO₃和氟代碳酸亚乙酯（FEC）分子是最具代表性的传统添加剂，但这些常规体系仍存在溶解度过高、消耗过快等问题。新兴的添加剂类型各具特色：可分解添加剂效果显著但存在耗尽风险；悬浮添加剂安全性高但可能影响离子电导率；缓释添加剂能持续作用但制备工艺复杂；电极吸附添加剂非消耗性但吸附强度需要精确调控。在实际应用中需要根据具体需求进行权衡选择。

结论与展望

本综述提出了强调方向性、可持续性和可调谐性的添加剂设计框架。未来发展方向包括：1）精准添加剂设计，通过分子工程精确调控添加剂与电解质组分/电极界面的相互作用；2）可持续界面化学，开发长寿命添加剂体系确保界面稳定性；3）人工智能辅助策略，利用机器学习预测分子反应性和界面效率，加速新材料开发。这些前瞻性策略将推动下一代添加剂的设计，通过定制的液相/界面化学实现稳定高性能锂金属电池的最终目标。