betway88西汉姆联丁煜课题组长期围绕绿色能源材料的分子设计与界面调控开展系统研究，提出了全周期耐氧分子设计策略（Nat. Commun., 2025, 16, 10338）与电子-空间协同效应调控原则（Sci. Adv., 2026, 12, eaee5328），在此基础上，团队将分子设计理念进一步拓展至锂金属电池电解液体系，为绿色能源材料设计提供了分子工程新范式。针对锂金属电池极端工况下高压与低温性能难以兼得的瓶颈，丁煜、周豪慎教授团队与合作者提出了融合“物理信息人工智能筛选”与“分子不对称工程”的新策略以及无氟、兼具高电压稳定性与超低温适应性的新型醚基电解液设计原则，相关成果发表于国际期刊JACS。
研究团队构建了一个物理信息驱动的混合专家模型（MoE）筛选协议，将氧化稳定性、溶剂化能力、液相温域、分子几何不对称性及输运特性等物理化学描述符整合为统一的品质因子（FoM）。通过对逾千种醚类分子的高通量评估，团队锁定了一种名为二乙二醇甲乙醚（DGMEE）的候选分子。该分子兼具高抗氧化稳定性、宽液程以及高离子电导率的特点。进一步研究揭示，DGMEE的分子设计核心在于其“不对称长链构型”：与短链或对称长链醚类相比，其延长的主链提供多齿配位位点，增强了与锂离子的结合，有效降低了游离溶剂比例，从而提升了抗氧化性；而其结构不对称性则打破了分子的规整堆积，赋予其极低的熔点与优异的隔膜润湿性。
图1.物理信息驱动的混合专家模型（MoE）电解液筛选及品质因子（FoM）映射的醚类化学空间。
图2.不同温度下电解液体系的分子动力学模拟。
结合光谱学表征与分子动力学模拟，研究进一步揭示了该电解液的溶剂化机制。DGMEE分子链上三个氧原子因不对称构型而处于不同的化学环境，赋予其差异化的锂离子配位能力。这种由不对称性诱导的电子不等价性，使得溶剂化结构在整体保持热力学稳定的同时，在动力学上提供了一个相对容易的锂离子脱出路径，从而显著降低了去溶剂化能垒。该机制从分子层面阐明了体系在低温下仍能维持高效界面电荷转移的结构性根源。
图3.电极界面表征。
基于DGMEE的电解液设计策略在多个电池体系中得到了系统验证。该策略通过分子不对称性调控溶剂化结构，在保障高压稳定性的同时显著降低了去溶剂化能垒，使系统在极寒条件下仍能维持高效的界面电荷转移过程，体现了从分子尺度设计到器件级性能传递的有效性。深入的界面分析表明，该电解液所衍生的正极电解液界面（CEI）呈现出薄而均匀的形貌，且具有显著的无机组分富集特征与高机械强度。这种界面结构在高压循环过程中有效抑制了正极颗粒的微裂纹萌生与扩展，同时缓解了界面副反应，从而保障了电极结构的完整性与长循环稳定性。该结果表明，不对称分子设计所调控的溶剂化结构，能够在电极表面衍生出兼具离子导通与机械防护功能的界面层，为极端工况下的界面稳定提供了结构保障。
该工作所建立的“物理信息AI筛选-不对称分子设计-溶剂化结构调控-稳定界面构建”的完整链条，为非氟化醚类电解液在极端工况下的应用开辟了新路径，也为数据驱动与分子结构调控工程融合的电解液设计创制提供了新范式。相关研究以“Data-Driven Design of Asymmetric, Fluorine-Free Ethers for High-Voltage Lithium Metal Batteries Under Extreme Conditions”为题，在线发表于JACS。betway88西汉姆联现工院2023级直博生李汉军为论文第一作者，betway88西汉姆联丁煜副教授、周豪慎教授、杭州师范大学赵宇教授、香港中文大学（深圳）朱熹教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市自然科学基金、深圳市基础研究基金、杭州市创新创业团队项目等资助，并获得betway88西汉姆联固体微结构物理全国重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、betway88西汉姆联科研设施共享中心等平台支持。
