高能密度電池的開(kāi)發(fā)對(duì)于各種應(yīng)用至關(guān)重要。然而，超過(guò)4.5V的電解質(zhì)穩(wěn)定性不足阻礙了許多高容量材料的利用。

在此，江蘇師范大學(xué)賴超、屠興超以及徐州納烯新材料研究院有限公司孫闖等人提出了一種簡(jiǎn)單而高效的策略，以克服這一限制，并在使用商用酯類電解質(zhì)時(shí)提高高壓鋰金屬電池界面的穩(wěn)定性。

具體而言，該工作設(shè)計(jì)了一系列電解質(zhì)添加劑，旨在逐步延長(zhǎng)環(huán)己烷-1,2,3,4,5,6-六亞胺（CHHI）末端烷基的長(zhǎng)度。在這些添加劑中，六丁基環(huán)己烷-1,2,3,4,5,6-六亞胺（HBCHHI）因正丁基和亞氨基的協(xié)同互補(bǔ)而表現(xiàn)出卓越的性能。這種協(xié)同效應(yīng)可形成更薄、更致密、富含 LixN 的固體/正極-電解質(zhì)界面。

因此，電解質(zhì)與電極之間的相互作用得到了抑制，從而使鋰離子電池（NCM811）能在 4.7 V 的高壓下工作。在以 5C 的倍率下循環(huán) 500 次后，高壓鋰離子電池的容量保持率提高了 ≈250%。在正極高負(fù)載 ≈2.5 mAh cm^-2?的準(zhǔn)實(shí)用條件下，全電池的壽命也得到了延長(zhǎng)。

圖1. 物相表征

總之，該工作通過(guò)對(duì) CHHI 中末端烷基鏈的改性，獲得了一系列用于高壓 LMB 的類似添加劑。結(jié)合理論計(jì)算和電化學(xué)分析，研究人員成功地確定了負(fù)極和正極的顯著改性效果。負(fù)極方面，在 SEI 中加入致密的Li_xN層有利于鋰離子的均勻傳輸和沉積。在電流密度為 1 mA cm^-2和面積容量為 3 mAh cm^-2的情況下，這種改性使得Li||Li對(duì)稱電池的循環(huán)壽命顯著穩(wěn)定地超過(guò)了 500 小時(shí)。關(guān)于 NCM811 正極，含Li_xN的 CEI 有效抑制了不良的電極/電解質(zhì)相互作用。

因此，它緩解了正極材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)退化的問(wèn)題。因此，在準(zhǔn)實(shí)用條件下（高陰極質(zhì)量負(fù)載≈2.5 mAh cm^-2），Li||NCM811電池在 3.0-4.7 V（V vs Li/Li⁺）的高工作電壓窗口內(nèi)表現(xiàn)出較長(zhǎng)的使用壽命。該工作為提高在更高電壓下工作的商用電解質(zhì)的性能和穩(wěn)定性提供了寶貴的見(jiàn)解和指導(dǎo)。

圖2. 電池性能

Hexabutylcyclohexane-1,2,3,4,5,6-hexaimine Additive-Assisted Commercial Ester Electrolyte for 4.7 V Highly-Stable Li-Metal Batteries，Advanced Energy Materials?2023 DOI: 10.1002/aenm.202302747