鋰金屬具有低電極電勢（相對于標準氫電極為-3.04 V）和高比容量（3860 mAh g-1），是高能電池系統的最終負極選擇。然而，實際鋰金屬負極的應用受到其循環性差的阻礙。鋰金屬與電解液之間不可避免的反應會導致化學和機械上易碎的固態電解質中間相（SEI）的形成。隨著鋰金屬循環過程中體積的波動，SEI容易破裂，從而導致枝晶生長和加速鋰腐蝕，并引發安全隱患。電解液工程是提高鋰金屬可循環性的一種有前途的方法。新型電解液配方可改變鋰離子的溶劑化環境，實現均勻的鋰沉積形態，并提高SEI穩定性和循環庫侖效率（CE）。
作者此前的研究表明，基于氟代1,4-二甲氧基丁烷（FDMB）溶劑的無負極電池具有高循環性能。為進一步提高分子穩定性，作者在FDMB的主鏈中加入更多的CF2基團，然而，CF2基團數量的增加會導致鹽溶解度的降低。考慮到DME與氟代醚分子兼容并且具有較高的LiFSI溶解度。因此選擇DME作為共溶劑來解決以上問題。此外，一方面，主鏈中的-CF2-較少，而DME比率較高，可能對鋰沉積動力學有利。另一方面，主鏈中更多的-CF2-和更低的DME比可以改善電解液對鋰金屬負極和高壓正極的穩定性。因此進一步，通過無負極Cu||NMC532進行篩選，得到1 M LiFSI/6FDMH-DME為最優配方。圖1. FDMB模擬分子和電解液配方篩選半電池性能Li||Cu半電池顯示，采用1 M LiFSI/6FDMH-DME電解液的平均CE可達99.4%；Li||Al電池的LSV測試顯示，該電解液可耐6 V的高電壓；Li||Li對稱電池顯示，DME作為共溶劑會顯著降低電池阻抗。圖2. 半電池性能全電池性能采用1 M LiFSI/6FDMH-DME電解液的50 μm Li||NMC532全電池，在3.0-4.2 V、1C條件下可保持80%的充放電容量。20 μm Li||NMC532全電池，在同樣條件下循環250次后保持其初始放電容量的84％。20 μm Li||NMC811全電池，在同樣條件下循環250次后保持其初始放電容量的76％。在≈2.1 μL mAh-1貧電解液條件下，Cu||NMC811無負極軟包電池循環120次后仍保持其初始容量的75％。圖3. 全電池性能鋰沉積形態與SEI組成SEM顯示，在1 M LiPF6/ EC-DEC-FEC-VC和1 M LiFSI/DME電解液中均觀察到不均勻的鋰沉積。相反，沉積鋰在1 M LiFSI/6FDMH-DME電解液中形成大顆粒（5–10 μm），沉積鋰的表面積和曲折度顯著減小，有助于最大程度地減少SEI和“死”鋰的形成，從而提高循環效率。高分辨低溫冷凍TEM顯示，采用1 M LiFSI/6FDMH-DME電解液，在鋰表面觀察到了約15 nm的完全非晶態致密SEI層。能量色散X射線光譜（EDS）表征顯示，形成的SEI中富集O、F、S和N元素，這意味著富含無機成分，其與FSI?陰離子具有相似的化學組成。XPS證實了這一點。圖4. 鋰沉積的特征雙重溶劑化環境1 M LiFSI/6FDMH-DME在配方上類似于最近的局部高濃電解液（LHCE），但溶劑化機制不同。在LHCE中，氟化分子用作稀釋劑，不參與鋰離子的溶劑化。相反，溶解實驗及19F NMR表征顯示FDMH和DME都參與1 M LiFSI/6FDMH-DME電解液中的鋰離子溶劑化。此外分子動力學模擬證實，在1 M LiFSI/6FDMH-DME中，鋰離子的溶劑化結構同時包含了穩定的FDMH分子和多種陰離子。這導致形成高度無機的、陰離子衍生的SEI，這對改善鋰沉積形態和鋰金屬電池循環性能至關重要。圖5. 鋰離子的溶劑化環境總結展望
