對于高能量和長循環(huán)鋰金屬電池（LMB）而言，對鋰負極和高壓正極都具有高穩(wěn)定性的電解液至關(guān)重要。然而，普通電解質(zhì)中的游離活性溶劑在鋰負極和高壓正極都很容易分解。其中，局部高濃度電解質(zhì)（LHCEs）通過Li+配位在很大程度上限制了活性溶劑，但游離分子仍會在電極表面的Li+去溶劑化時釋放出來，從而在長循環(huán)過程中造成持續(xù)分解。
在此，浙江大學陸俊，南方科技大學鄧永紅，大灣區(qū)大學常建等人通過引入精心設(shè)計和新合成的雙極性溶劑分子（一個是離子解離極性頭，另一個是高度氟化的非極性尾），一種分子競爭性溶解電解質(zhì)（MCE）被證明可以穩(wěn)定高壓 LMB。雙極分子通過微弱的配位相互作用競爭性地解離Li+，大大降低了電解液中活性溶劑的比例，并減少了去溶劑化過程中電極上的有害分解。
因此，MCE使1.4 Ah金屬鋰軟包電池的堆疊能量密度達到450 Wh kg-1，并且在400個循環(huán)周期內(nèi)具有良好的穩(wěn)定性（保持率：81%）。此外，在實際條件下，MCE 還能使能量密度高達417 Wh kg-1的2.5 Ah Li-S 軟包電池在70個周期內(nèi)保持穩(wěn)定運行。
總之，該工作通過使用雙極OFE溶劑來穩(wěn)定傳統(tǒng)的醚、碳酸酯和腈，開發(fā)出了一種競爭性溶劑化電解質(zhì)。得益于OFE與Li+的競爭性配位，主溶劑化鞘中的活性溶劑以及高活性電極上的相關(guān)副反應(yīng)都大大減少。分子競爭電解質(zhì)（MCE）的獨特溶劑化結(jié)構(gòu)可顯著減少電極與溶劑之間的副反應(yīng)，從而促進形成穩(wěn)定而薄的鋰金屬負極 SEI 和高壓正極 CEI。
與高壓商用正極（NCM811）配對，1.4Ah 的軟包電池具有 450 Wh kg-1 的高能量密度，可在苛刻的條件下（正極負載：4 mAh cm-2，截止電流：1 mAh cm-2）穩(wěn)定工作超過 400 個循環(huán)（保持率：81%）。使用各種插入式氧化物正極（包括 LFP、LCO 和 NCM622）的其他 LMB 也表現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性。此外，使 2.5 Ah Li-S 軟包電池在 70 個循環(huán)周期內(nèi)穩(wěn)定運行。因此，這種具有競爭性配位結(jié)構(gòu)的高穩(wěn)定性電解質(zhì)的設(shè)計理念，為在實際條件下開發(fā)高能量、長循環(huán)的LMB提供了一條前景廣闊的道路。
Molecular Design of Competitive Solvation Electrolytes for Practical High-Energy and Long-Cycling Lithium-Metal Batteries , Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202312413
原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/02/19/eb2081e369/
