為了最大限度地提高電化學性能，探索了幾種電解質，包括氟化電解質，添加劑輔助電解質，液化氣體電解質，高濃度電解質（HCE）和局部高濃度電解質（LHCE）。它們基本上都遵循類似的性能增強機制，即在鋰金屬陽極上形成理想富無機成分的SEI層，有效地抑制了電解質和鋰金屬之間的寄生反應。在這些電解質中，HCE和LHCE具有最高的鋰金屬CE。在HCE中，大多數溶劑分子被排除在Li+溶劑殼之外，這有助于陰離子衍生的SEI，并更好地與鋰金屬兼容。通過向HCE添加氫氟醚（HFE）稀釋劑制備的LHCE規避了HCE的內在缺陷（如高粘度和低離子導電性），同時仍然繼承其優點（如低揮發性、寬電化學窗口、高離子轉移數和在陽極上形成鈍化SEI層的能力）。迄今為止，已實現了約99.5%的高CE。然而，為了進一步加快在實際設備中應用LMB，將CE提高到更高的水平不僅是必要的，而且是緊迫的。浙江大學范修林和以色列巴伊蘭大學Malachi Noked等人在ACS Energy Letters上發表文章，Anion–Diluent Pairing for Stable High-Energy Li Metal Batteries。在這里，作者提出了兩種高效的LHCE，由LiFSI、DME和三氟甲氧基苯（TFMB）或三氟甲苯（BZTF）的混合物組成，摩爾比為1/1.1/2.2（LiFSI/DME/稀釋劑）。密度泛函理論（DFT）計算表明，TFMB和BZTF稀釋劑的最低空置分子軌道（LUMO）能級介于1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙醚（TTE）和1,2-二氟苯（DFB）之間，這有利于在溶解過程中與陰離子配對時溫和和可控的分解。與其他局部HCE不同，氟化芳香稀釋劑與陰離子配對促進了均勻而堅固的SEI的形成，這賦予了鋰金屬約99.8%的超高庫侖效率。帶有LiFSI/DME/TFMB電解質的Li（20微米）||NMC811（陰極負載，3.5 mAh cm-2）全電池的初始容量為210 mAh g-1，在260多個周期中容量保留>80%。能量密度約為340 Wh kg-1的Li||NMC811軟包電池（陰極負載，3.5 mAh cm-2；容量1.8 Ah）在200個周期后也表現出80%的良好容量保留率。這項工作強調了陰離子和稀釋劑對鋰金屬陽極的協同作用，并揭示了高能LMB商業化的電解質設計。
圖文詳情
圖1. 電解液溶劑化結構和設計原則圖2. 在不同電解質中的電化學性能圖3. 在0.5 mA cm?2的電流密度下，在不同的電解液中循環50次，研究了鋰陽極SEI的化學組成和形貌圖4. Li||NMC811電池的電化學性能圖5. 軟包電池的電化學性能
原文鏈接
Anion–Diluent Pairing for Stable High-Energy Li Metal Batteries. ACS Energy Lett. 2022, 7, 1338–1347
