固有的低陽極穩(wěn)定性和高可燃性問題阻礙了醚基電解液在實際高壓鋰金屬電池中的應(yīng)用。

中科大任曉迪等了一種合理設(shè)計的醚基電解液，其中該醚分子結(jié)構(gòu)上具有氯官能團(tuán)，以應(yīng)對這些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

圖1 電解液表征

一方面，除了氟之外，其他鹵代化合物（例如氯）因其阻燃性而廣為人知。由于C-Cl鍵的能量(83.7 kcal mol^-1)和Cl的電負(fù)性(3.0)比氟化化合物小得多，因此C-Cl 鍵容易斷裂并釋放出Cl?，以有效捕獲高活性H?，并生成HCl，生成的HCl還可以捕獲?OH 并生成 Cl?，Cl?可以重新參與上述反應(yīng)，從而有效抑制燃燒進(jìn)程。

另一方面，由于氯原子具有中等的吸電子能力，在醚分子中引入氯官能團(tuán)也可以降低它們的 HOMO 能級，同時保持較高的 Li+ 溶劑化能力。此外，Cl原子的引入可能會形成含有LiF和LiCl的SEI層，這可能與先前文獻(xiàn)中報道的雙重保護(hù)層一樣表現(xiàn)出必要的協(xié)同作用。

圖2 電化學(xué)性能

基于以上考慮，這項工作開發(fā)了一種新的基于氯醚的電解液-1,2-雙（2-氯乙氧基）-乙醚（Cl-DEE），它是在傳統(tǒng)的醚分子1,2-二乙氧基乙烷（DEE）上進(jìn)行氯取代獲得的。研究顯示，氯官能團(tuán)將DEE的閃點從35℃顯著提高到126℃，從而實現(xiàn)了獨特的阻燃效果，同時保持了其溶解高比例鋰鹽的能力。具有LiFSI/1.6Cl-DEE/3TTE配方（摩爾比）的局部高濃度電解液可以使鋰金屬進(jìn)行均勻的沉積和剝離，從而實現(xiàn)鋰金屬負(fù)極的高度穩(wěn)定循環(huán)。

更重要的是，它可以使高活性的富鎳NMC811正極電極在4.6 V下循環(huán)200次后具有> 88%的高容量保持率，甚至 4.7 V下，據(jù)作者所知這是迄今為止報告的醚基電解液的最高截止電壓。此外，隨著在兩個電極上形成富含LiF和LiCl的保護(hù)性界面相，該氯醚基電解液有效地抑制了進(jìn)一步的電解液副反應(yīng)并增強(qiáng)了界面電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。

此外，氯醚基電解液在高負(fù)載正極、薄鋰負(fù)極和貧電解液的實際測試條件下表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。這項研究提供了一種新方法，可以使醚基電解液用于高能量密度、長壽命和安全的鋰金屬電池。

圖3 CEI分析

Intrinsic Nonflammable Ether Electrolytes for Ultrahigh-Voltage Lithium Metal Batteries Enabled by Chlorine Functionality. Angewandte Chemie International Edition ?2022. DOI: 10.1002/anie.202203693