LiPF₆作為電解質(zhì)的主要鋰鹽，因其在有機(jī)溶劑中的高溶解度、良好的電化學(xué)穩(wěn)定性和高離子電導(dǎo)率等性能而廣泛應(yīng)用于商業(yè)可充電鋰離子電池。然而，它具有一些不良特性，例如高濕度敏感性、熱不穩(wěn)定性和高成本等限制了其實際應(yīng)用。

在此，武漢大學(xué)曹余良團(tuán)隊提出了一種電子供體調(diào)節(jié)（EDM）規(guī)則，用于開發(fā)低成本、可持續(xù)和電化學(xué)兼容的LiNO₃基電解質(zhì)。作者采用給電子能力強(qiáng)的高供體數(shù)溶劑（HDNSs）來溶解LiNO₃，而使用給電子能力弱的低供體數(shù)溶劑（LDNSs）來調(diào)節(jié)溶劑化結(jié)構(gòu)，從而穩(wěn)定電解質(zhì)。

該工作設(shè)計了LiNO₃-DMSO@PC 電解質(zhì)，其中 DMSO 作為HDNS，PC作為LDNS。該電解質(zhì)與石墨負(fù)極以及 LiFePO₄ 和 LiCoO₂ 正極具有優(yōu)異的電化學(xué)兼容性，可穩(wěn)定循環(huán)超過 200 次。此外，通過光譜分析和理論計算，揭示了這些電解質(zhì)穩(wěn)定的潛在機(jī)制。

圖1. LiNO₃ 在不同溶劑中的溶解行為

總之，該工作首次提出了電子供體調(diào)節(jié)（EDM）規(guī)則，以闡明非水系 LiNO₃基電解質(zhì)的形成機(jī)制和穩(wěn)定性原理。在該規(guī)則中，強(qiáng)給電子能力的 HDNS 溶解LiNO₃，而弱給電子能力的 LDNS 調(diào)節(jié) AI-ISC 結(jié)構(gòu)，使更多的NO₃^–陰離子進(jìn)入 Li⁺的溶劑化殼層，從而穩(wěn)定電解質(zhì)。所制備的 LiNO₃-DMSO@PC 電解質(zhì)使石墨和鋰金屬負(fù)極具有顯著的長循環(huán)性能，并且與商用 LiFePO₄和 LiCoO₂正極具有良好的相容性。

此外，PC的添加通過將Li⁺的AI-ISC結(jié)構(gòu) 從AGGs 轉(zhuǎn)變?yōu)镃IPs 并提高LUMO 能級，從而改善溶劑的還原耐受性。因此，EDM 規(guī)則可用于將 LiNO₃-HDNS@LDNS 電解質(zhì)擴(kuò)展到其他溶劑，為設(shè)計低成本、先進(jìn)的多功能應(yīng)用電解質(zhì)提供了新視角。

圖2. 電池性能

LiNO3-Based Electrolytes via Electron-Donation Modulation for Sustainable Nonaqueous Lithium Rechargeable Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202316966