第一作者：趙歷

通訊作者：麥立強，徐林

通訊單位：武漢理工大學

麥立強，武漢理工大學首席教授，博導，副校長，國家杰青（2014），長江學者（2016），“萬人計劃”領軍人才（2016），國家重點研發計劃首席科學家，英國皇家化學會會士（2018），中國微米納米技術學會會士（2022），中國化學會會士（2023）。材料化學與功能材料領域知名專家，長期從事新能源材料與器件科學技術及應用研究，構筑了國際上第一個單根納米線器件電子/離子輸運原位表征的普適新模型，建立了調控電化學反應動力學的“麥-晏”場效應儲能等電子/離子雙連續輸運理論，突破了儲能材料與器件的批量化制備技術，并實現成果轉化與應用。在Nature（3篇）、Science（1篇）等刊物發表SCI論文610余篇，其中以第一或通訊作者發表Nature 2篇、Nature子刊及Cell子刊24篇，SCI他引1000次以上1篇、800次以上5篇、400次以上20篇，高被引論文117篇，熱點論文26篇，SCI總他引5.6萬余次，撰寫中文專著2部、英文專著2部、英文專著章節2部，參編《中國材料科學2035發展戰略》1部。獲授權國家發明專利148項，其中28項專利與華為等31家企業進行產學研成果轉化與應用。主持國家重大科研儀器專項等國家級項目30余項。以第一完成人獲國家自然科學二等獎、何梁何利基金科學與技術創新獎、國際電化學能源科學與技術大會卓越研究獎（每年僅2人）、國際車用鋰電池協會卓越研究獎、國家教學成果二等獎、教育部/湖北省自然科學一等獎（3項）和中國材料研究學會技術發明一等獎，連續五年入選科睿唯安全球高被引科學家。? ?

徐林，武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室教授，博士生導師，入選國家級高層次青年人才項目。2013年在武漢理工大學獲博士學位，隨后在美國哈佛大學（2013-2016）和新加坡南洋理工大學（2016-2017）從事博士后研究。擔任Energy Material Advances、eScience等國際期刊的青年編委，湖北省電池標準化技術委員會委員、湖北省科技副總。主要從事納米儲能材料與器件研究，包括固態電池、水系電池等高安全電池體系，重點圍繞納米材料界面的設計構筑、原位表征及電化學性能。出版英文專著1部，在Nature Nanotech., Nature Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Lett., Chem, Joule等國際學術期刊發表論文100余篇。曾獲得國家自然科學二等獎、教育部自然科學一等獎、湖北省自然科學一等獎、中國發明協會創新獎一等獎等科技獎勵。

深共晶電解質（DEE）與液態電解質和固態電解質相比具有無可比擬的優勢，因此被視為促進鋰金屬電池（LMBs）發展的下一代電解質之一。然而，其在LMBs中的應用受到電極界面兼容性的限制。

本文介紹了一種基于固體二甲基丙二腈（DMMN）的新型DEE，通過N配位誘導解離LiTFSI。研究人員證實了 DMMN 分子能通過 N 原子與 Li+ 的相互作用促進 LiTFSI 的解離，并與 TFSI- 陰離子形成氫鍵，從而促進 LiTFSI 的解離形成 DEE。更重要的是，由于不存在活潑的 α-氫，DMMN 與金屬鋰的還原穩定性大大提高，從而實現了良好的電極/電解質界面兼容性。基于這種 DEE 的聚合物電解質具有高離子電導率（25 ℃ 時為 0.67 mS cm-1）、高氧化電壓（5.0 V vsLi+ /Li）、良好的界面穩定性和不可燃性。使用這種 DEE 聚合物電解質的 LFP||Li電池和 NCM811||Li電池表現出卓越的長期循環穩定性和高倍率性能。

圖1. LiTFSI/DMMN DEE 的形成。a) DEE 制備流程圖。b) DEE 在 -80 ℃ 至 120 ℃ 范圍內以 10 ℃ min-1 的升溫速率進行的 DSC 光譜分析。c) DEE、DMMN 和 LiTFSI 的相圖。d) DEE 在氮氣氛圍下以 10 ℃ min-1 的升溫速率從 30 ℃ 升至 600 ℃ 范圍內的 TGA 光譜分析。e)-f) DEE 的 FTIR 和拉曼光譜。g) Li(DMMN)nTFSI 復合物的分子靜電勢能面。原子顏色：H-白色、Li-綠色、C-青色、N-藍色、O-紅色、F-粉色、S-黃色。? ? ???? ??

圖2. 揭示設計的 DEE 的溶劑化結構。a)-b) DMMN 中的 LiTFSI、LiTFSI 的 NMR 光譜。c)-d) DEE-1:1 和 DEE-1:4 的徑向分布函數。e)-f) 在 298 K 下獲得的 DEE-1:1 和 DEE-1:4 的 MD 模擬快照。g)-h) DEE-1:1 和 DEE-1:4 中的代表性 Li+ 復合物結構（MD 模擬期間放大的局部溶劑化結構）。原子顏色：H-白色、Li-綠色、C-青色、N-藍色、O-紅色、F-粉色、S-黃色。? ?

圖3. PHPDEE 的特性。a) PHPDEE 的溫度相關離子電導率。b) 在不同溫度下收集的 PHPDEE-1:4 的奈奎斯特圖。c) 使用不銹鋼作為工作電極、Li 作為對電極/參比電極，掃描速率為 10 mV s-1 的 PHPDEE-1:4 的 LSV。d) 使用 PHPDEE-1:4 在 Li‖Li 電池中進行 CV 測試獲得的塔菲爾圖。e) 在 0.1 至 0.6 mA·cm-2 的不同電流密度下對 Li‖Li 對稱電池進行倍率性能測試。f) 使用 PHPDEE-1:4 在 0.1 mA cm-2 下 1 小時的 Li||Li 對稱電池的電壓曲線。g) 商業有機電解質（EC/EMC/DMC（重量比為 1/1/1）中的 1M LiPF6）、DEE-1:4 和 PHPDEE-1:4 的點火光學圖像。h)-k) 使用 PHPDEE-1:4 的 Li||Li 對稱電池循環后的 C 1s (h)、N 1s (i)、F 1s (j) 和 Li 1s (k) XPS 光譜。l)-m) TOF-SIMS 負離子深度剖析的循環鋰陽極 3D 圖。? ?

圖4. PHPDEE 在全電池中的電池性能。a)-b) LFP‖Li 電池的倍率性能和充放電曲線。c) 室溫下 LFP‖Li 電池在 2 C 下的長期循環性能。d)-e) NCM811‖Li 電池的倍率性能和充放電曲線。f) 室溫下 1 C 下 NCM811‖Li 電池的長期循環性能。g)-h) 2.5-4.5 V 電壓范圍內 NCM811‖Li 電池的倍率性能和充放電曲線。i) 室溫下 2.5-4.5 V 電壓范圍內 1 C 下 NCM811‖Li 電池的長期循環性能。這些電池中采用了 LiTFSI 與 DMMN 摩爾比優化（1:4）的 PHPDEE。

本研究成功開發了一種基于DMMN的固態DEE電解質，通過N配位誘導LiTFSI解離，作為高性能LMBs的電解質。實驗結果表明，DMMN與Li+具有較強的配位能力，并與TFSI-陰離子形成氫鍵相互作用，促進鋰鹽解離形成DEE。分子動力學模擬結果顯示，DMMN中的-C≡N基團更傾向于與Li+配位形成Li+-DMMN復合物。由于DMMN含有相對穩定的β-氫，基于DMMN的DEE在與鋰金屬接觸時具有更好的還原穩定性。在LiTFSI和DMMN的摩爾比為1:4時，PHPDEE聚合物電解質表現出優異的特性，包括高離子電導率（25 ℃時為0.67 mS cm-1）、穩定的界面性能和不易燃性。使用PHPDEE聚合物電解質組裝的LFP電池在2.0 C倍率下可穩定循環750次，幾乎無衰減；而NCM811電池在10.0 C倍率下表現出優異的倍率性能。即使電壓升至4.5 V，NCM811電池仍具有良好的倍率和循環性能，顯示出PHPDEE具有廣泛的電壓范圍。這項研究為深共熔聚合物電解質提供了有前景的新解決方案，并為高性能LMBs的實際應用提供了強有力的支持。? ?

標題：A Highly Stable and Non‐Flammable Deep Eutectic Electrolyte for High‐Performance Lithium Metal Batteries

期刊：Angewandte Chemie International Edition

DOI：https://doi.org/10.1002/anie.202411224