东京大学Nature Energy：揭示电极电位对锂金属负极可逆性的显著影响

锂金属电池是一种很有前景的技术，可以满足对高能量密度存储系统的新兴需求。然而，由于电解液的不断分解，它们的循环遇到了低库仑效率（CE）。提高固体电解质界面（SEI）的稳定性可抑制分解并增加CE。然而，仅SEI形态和化学不能解释CE，而且还缺乏完整的解释。

东京大学Atsuo Yamada、Yuki Yamada等表明锂沉积/剥离的CE很大程度上受锂金属的热力学电极电势（E_Li）的影响。

图1. 电解液设计概述

具有高E_Li的电解液，会削弱锂金属的还原能力，可以使电解液的还原分解最小化，从而导致高CE。作者基于机器学习的回归分析表明，E_Li在很大程度上受到Li⁺–FSI⁻互动的影响。

相应地，E_Li与FSI⁻的拉曼位移密切相关, 这显示了Li⁺–FSI⁻离子配对的程度。基于这些见解，得益于非极性溶剂的异聚效应和盐浓度局部化效应，这里分别采用强离子对LiFSI/DMM和LiFSI/DME:甲苯电解液实现了高可逆的Li沉积/剥离（>99%）。

图2. 取决于E_Li的锂沉积/剥离的CE

此外，这种基于E_Li的更好CE的原理与报道的其他最先进的锂金属电池电解液（例如，弱溶剂化电解液、高浓电解液和局域高浓电解液）的高CE一致。这项工作并没有反驳SEI的贡献，SEI在动力学上可抑制电解也分解。离子对的形成可能会增加负电荷负极表面FSI⁻阴离子的浓度，从而促进FSI⁻衍生SEI的形成并抑制SEI的膨胀。

然而，作者发现，即使存在类似的FSI⁻衍生SEI，CE也会随着E_Li的增加而显著改善。因此，作者相信，这里发现的热力学指标将为设计下一代锂金属电池电解液提供新的机会。

图3. 在弱配位溶剂DMM中通过电极电势升高实现可逆锂沉积/剥离

Electrode potential influences the reversibility of lithium-metal anodes. Nature Energy 2022. DOI: 10.1038/s41560-022-01144-0

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东京大学Nature Energy：揭示电极电位对锂金属负极可逆性的显著影响

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