四甲基乙二胺（TMEDA）在锂金属电池材料中的研究进展

四甲基乙二胺简介：

常用名称：N,N,N',N'-四甲基乙二胺 

英文名称：N,N,N',N'-Tetramethylethylenediamine

CAS NO：110-18-9

色谱纯度：≥99.0%

分子量：116.2

闪点：50 °F

形态：液体

折射率：n20/D 1.4179(lit.)

密度：0.775 g/mL at 20°C(lit.)

应用领域：医药中间体 主要功能：N,N,N',N'-四甲基乙二胺 为无色透明液体，稍有氨气味，与水混溶，可混溶于乙醇等多数有机溶剂，是一种重要的有机中间体，主要用作生化试剂环氧树脂交联剂，季胺类化合物的合成中间体

随着高能量密度储能技术的不断发展，锂金属电池因其极高的理论比容量（3860 mAh/g）和电极电势（-3.04 V vs SHE）而成为新一代电池系统的研究热点。然而，锂金属电池在实际应用中仍面临严重的安全性与循环寿命问题，其中锂枝晶的生长、界面不稳定以及电解液与锂金属副反应是主要挑战。

在众多改性与保护策略中，化学助剂/配体的引入成为调控锂金属行为的有效方式。四甲基乙二胺 （Tetramethylethylenediamine, TMEDA，CAS号：110-18-9）**作为一种小分子含氮配体，在锂金属电池中的研究近年来引起了广泛关注。

一、TMEDA的分子结构与电化学相关特性

TMEDA分子中包含两个叔胺基团，呈线性对称结构，具有以下电化学优势：

高电子密度氮原子可与金属锂、锂离子发生有效配位；

弱碱性和非质子性溶剂属性有助于调节电解液的离子结构；

能够络合锂盐阳离子（Li⁺），改变电解质溶液中的离子迁移数；

可调节溶剂化结构，改善锂离子沉积行为。

二、TMEDA在锂金属电池体系中的典型应用方向

1. 锂金属沉积行为调控剂

研究表明，在醚类电解液体系中添加适量的TMEDA，可以有效调节锂离子在电极表面的沉积行为。TMEDA通过络合Li⁺，使其在界面上的扩散更加均匀，有助于抑制枝晶形成。

结果表现为更平整的锂沉积形貌；

库仑效率显著提升（> 98%）；

循环稳定性增强，尤其在高倍率下性能提升明显。

2. 构建稳定固态电解质界面（SEI）

TMEDA参与形成富含N元素的SEI层，有助于：

抑制锂与电解液的副反应；

提高界面电子绝缘性；

增强SEI的机械强度和离子通透性。

例如，研究人员利用TMEDA调节Li/金属负极界面，在碳酸酯电解液中实现了稳定循环超过200次以上的对称电池。

3. 高浓度电解液（HCE）与局部高浓度电解液（LHCE）构筑助剂

TMEDA因其低粘度、高溶解性，被用于构建HCE/LHCE体系中的稀释剂或配体溶剂，其优势包括：

降低电解液黏度，提高锂离子电导率；

不破坏溶剂化结构，保持高浓度电解液的稳定性能；

适用于高电压正极和锂金属负极协同系统。

三、挑战与研究展望

尽管TMEDA在调控锂金属电极行为中表现出良好潜力，但仍需关注以下问题：

高浓度TMEDA可能引发副反应，需精确控制添加量；

在某些体系中可能干扰其他电解液组分稳定性；

环保性与工业安全性仍需评估（如其易燃性、毒性）。

未来研究可在以下方向展开：

设计TMEDA衍生物（如环状、多齿结构）以增强锂选择性配位；

探索其与高镍正极、高电压体系的兼容性；

与高分子凝胶、固态电解质协同调控界面行为。

四甲基乙二胺 （TMEDA）作为一种廉价、结构简单、性能可调的小分子配体，在锂金属电池中展现出多重功能作用，包括调控锂沉积、优化界面结构和构建高性能电解液体系。随着锂电技术向更高能量密度、更长寿命目标迈进，TMEDA及其类似配体将在新型储能系统中发挥越来越重要的作用。