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何偉東/郭再萍/王功名Adv. Sci.：LiFePO4鋰金屬電池10 C循環(huán)5000次！

鋰金屬電池（LMBs）由于具有超高的負(fù)極容量，在儲(chǔ)能領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。然而，與傳統(tǒng)電解液相關(guān)的Li⁺強(qiáng)溶劑化和緩慢的界面離子傳輸限制了它們的長(zhǎng)循環(huán)和高倍率性能。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)何偉東、澳大利亞阿德萊德大學(xué)郭再萍、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王功名等設(shè)計(jì)了一種基于氟代烷基醚 2,2,2-三氟乙基-1,1,2,3,3,3-六氟丙基醚(THE)和常規(guī)醚類的電解液體系，旨在有效提升LMBs的長(zhǎng)循環(huán)和高倍率性能。

圖1 THE基電解液的理化性質(zhì)

THE對(duì)醚類溶劑具有較大的吸附能，從而減少了醚類電解液中的鋰離子相互作用和溶劑化。由于富含與氧原子相鄰的氟代烷基，電解液具有超高極性，可實(shí)現(xiàn)勢(shì)壘大大降低的無溶劑化鋰離子傳輸，并使電解液/負(fù)極界面處的鋰離子傳輸增強(qiáng)十倍。此外，富氟THE在負(fù)極上的均勻吸附和隨后LiF的形成抑制了枝晶形成并穩(wěn)定了固態(tài)電解質(zhì)界面層。

圖2 LiFePO₄鋰金屬電池性能

因此，采用這種設(shè)計(jì)的電解液，具有LiFePO₄正極的鋰金屬電池提供了前所未有的循環(huán)性能，在10 C下5000次循環(huán)中，每次循環(huán)容量損失僅為0.0012%。

此外，具有其他主流電極（包括LiCoO₂和LiNi_0.5Mn_0.3Co₂O₂）的LMBs也獲得了同樣的性能提升，表明這種電解液設(shè)計(jì)的通用性。這項(xiàng)工作為氟化醚的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以用于一般的儲(chǔ)能應(yīng)用提供了寶貴的見解。

圖3 THE基電解液提高電池倍率性能的機(jī)制

High-Polarity Fluoroalkyl Ether Electrolyte Enables Solvation-Free Li+ Transfer for High-Rate Lithium Metal Batteries. Advanced Science 2021. DOI: 10.1002/advs.202104699

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