浙江大(dà)學範修林教授等：陰離(lí)子-稀釋劑協同作用實現高比能锂金屬電池

浙江大(dà)學範修林教授等：陰離(lí)子-稀釋劑協同作用實現高比能锂金屬電池

可充電锂金屬電池作爲新一(yī)代儲能體(tǐ)系，具有高的能量密度，因此受到了廣泛的關注。然而，有限的庫侖效率和無序的枝晶生(shēng)長限制了其應用。近日, 浙江大(dà)學的範修林教授和以色列巴伊蘭大(dà)學的Malachi Noked等人通過将氟化芳香稀釋劑引入到高濃度電解質(HCEs)中(zhōng)，合成了一(yī)種新型電解質。與其他局部HCEs不同，氟化芳香稀釋劑與陰離(lí)子配對，促進了均勻的固體(tǐ)電解質間相(SEI)形成，使得锂金屬具有極高的庫侖效率，約爲99.8%。

圖 1、電解質溶劑化結構及設計原則:(a)LHCE-TFM電解質分(fēn)子動力學模拟快照;(b)通過MD模拟計算LHCE-TFMB電解質的自由基分(fēn)布函數;(c)TFMB和BZTF的靜電勢圖;(d)各種溶劑、稀釋劑和電解質的拉曼光譜;(e, f)LHCE-TFMB和(f)LHCE-BZTF的量子力學DFT-AIMD模拟的态密度(DOS);(g)TTE稀釋和TFMB/BZTF稀釋的HCEs中(zhōng)，電解質結構及形成SEI的示意圖。

【本文要點】

要點1. 該研究工(gōng)作提出了兩種高效的LHCEs，由雙氟磺酰亞胺锂(LiFSI)、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、三氟甲氧基苯(TFMB)或三氟苯(BZTF)的混合物(wù)組成，摩爾比爲1/1.1/2.2(LiFSI/DME/稀釋劑)。

要點2.密度泛函理論(DFT)計算表明，TFMB和BZTF稀釋劑的最低未占分(fēn)子軌道(LUMO)介于1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(TTE)和1,2-二氟苯(DFB)之間，當它們在溶解過程中(zhōng)與陰離(lí)子配對時，有利于實現溫和且可控的分(fēn)解，從而在锂金屬表面形成緊湊和富含無機物(wù)的SEI，提高了CE(>99.7%)，延長了循環壽命。

要點3.使用LiFSI/DME/TFMB電解質的Li(20 μm)||NMC811(正極載量，3.5 mAh cm-2)全電池初始容量爲210 mAh g-1，循環260次後容量保持率>80%。組裝的Li||NMC811軟包電池(正極載量，3.5 mAh cm-2)，能量密度約爲340 Wh kg-1，200次循環後仍能保持80%的容量。

總之，這項工(gōng)作強調了陰離(lí)子和稀釋劑在锂金屬副極上的協同作用，爲高比能LMBs的商(shāng)業化設計提供了依據。

圖 2、Li||NMC811軟包電池的電化學行爲:(a)不同電解質組裝的Li||NMC811軟包電池在C/5充電速率和C/2放(fàng)電速率下(xià)的循環性能;(b, c)使用(b)RCE和(c)LHCE-TFMB的Li||NMC811軟包電池對應的恒流充放(fàng)電曲線。

Chunnan Zhu, et al. Anion–Diluent Pairing for Stable High-Energy Li Metal Batteries. ACS Energy Lett., 2022, https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c00232