電解質分子工程，尤其是對稱氟化電解質分子，被認為是解決傳統非氟化電解質分子穩定性不足，從而穩定高能量鋰金屬電池（LMB）的有效方法。然而，對稱氟化電解質分子的弱溶解性和低離子電導率，以及電解質衍生的低離子電導率不穩定中界面的形成，是限制對稱氟化電解質應用于提高鋰金屬電池性能的主要挑戰。

在此，山東大學陳皓、劉宏、桑元華等人提出了一種非對稱氟化電解液分子設計，將分子一側的高惰性氟化結構與另一側的強溶劑化的非氟化結構相結合，因此，該電解液成分綜合了對稱氟化和非氟化電解液的優、缺點，實現了高性能鋰金屬電池。

該工作利用三種具有代表性的分子展示了電解液設計原理，包括傳統的非氟化的酸二乙酯(noneF-DEC)，不對稱氟化的（2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(asymF-DEC)，對稱氟化二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(symF-DEC)。其中，asymF-DEC 電解液具有與noneF-DEC 電解液類似的強溶劑化能力和高離子電導率。同時，asymF-DEC 電解液還具有 symF-DEC 電解液的高穩定性和阻燃性。此外，symF-DEC 中的不對稱氟化分子設計還形成了 LiF&Li₂O 復合負極界面（SEI） 和富含 LiF 的正極界面（CEI）結構，從而有利于正極和負極的穩定性。

圖1. 電解質的溶劑化結構和動力學演變

總之，該工作提出了一種不對稱氟化電解質分子設計，它結合了不對稱氟化電解質和非氟化電解質的優點，同時彌補了它們的局限性。此外，不對稱氟化碳酸酯電解質中烷基的另一側沒有氟化，因此具有與非氟化電解質類似的溶解能力和高離子導電性，克服了對稱氟化電解質的低離子導電性問題。

這種不對稱氟化電解質還有助于建立穩定、高離子電導率、溶劑和鹽共衍生的相，從而成功地保護負極和正極，解決了非氟化和對稱氟化電解質的界面問題。使用這種對稱氟化電解質的鋰金屬負極庫侖效率高達 98.97%，遠遠超過了對稱氟化和非氟化電解質。

因此，該種新型非對稱氟化電解質分子設計不僅能為高性能鋰金屬電池電解質設計中的結構-性能關系提供基礎性的理解，還能為未來多種電化學反應體系提供一種廣闊前景。

圖2. 電池性能

Asymmetrically-Fluorinated Electrolyte Molecule Design for Simultaneous Achieving Good Solvation and High Inertness to Enable Stable Lithium Metal Batteries，Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303652