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何偉東/郭再萍/王功名Adv. Sci.：LiFePO4鋰金屬電池10 C循環(huán)5000次！

鋰金屬電池（LMBs）由于具有超高的負極容量，在儲能領域引起了廣泛的關注。然而，與傳統(tǒng)電解液相關的Li⁺強溶劑化和緩慢的界面離子傳輸限制了它們的長循環(huán)和高倍率性能。

哈爾濱工業(yè)大學何偉東、澳大利亞阿德萊德大學郭再萍、中國科學技術大學王功名等設計了一種基于氟代烷基醚 2,2,2-三氟乙基-1,1,2,3,3,3-六氟丙基醚(THE)和常規(guī)醚類的電解液體系，旨在有效提升LMBs的長循環(huán)和高倍率性能。

圖1 THE基電解液的理化性質

THE對醚類溶劑具有較大的吸附能，從而減少了醚類電解液中的鋰離子相互作用和溶劑化。由于富含與氧原子相鄰的氟代烷基，電解液具有超高極性，可實現(xiàn)勢壘大大降低的無溶劑化鋰離子傳輸，并使電解液/負極界面處的鋰離子傳輸增強十倍。此外，富氟THE在負極上的均勻吸附和隨后LiF的形成抑制了枝晶形成并穩(wěn)定了固態(tài)電解質界面層。

圖2 LiFePO₄鋰金屬電池性能

因此，采用這種設計的電解液，具有LiFePO₄正極的鋰金屬電池提供了前所未有的循環(huán)性能，在10 C下5000次循環(huán)中，每次循環(huán)容量損失僅為0.0012%。

此外，具有其他主流電極（包括LiCoO₂和LiNi_0.5Mn_0.3Co₂O₂）的LMBs也獲得了同樣的性能提升，表明這種電解液設計的通用性。這項工作為氟化醚的分子結構設計以用于一般的儲能應用提供了寶貴的見解。

圖3 THE基電解液提高電池倍率性能的機制

High-Polarity Fluoroalkyl Ether Electrolyte Enables Solvation-Free Li+ Transfer for High-Rate Lithium Metal Batteries. Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202104699

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