​贺艳兵Nature子刊：LiHMDS添加剂实现4.5 V高压锂金属电池的高效循环

由于非水电解质溶液中存在的水分对正极产生不利影响，因此高压锂金属电池循环稳定性差，尤其是在高工作温度（≥60°C）下。

在此，清华大学深圳国际研究生院贺艳兵副教授等人提出了一种新型的多功能非水系电解液添加剂六甲基二硅基胺基锂（LiHMDS），该添加剂具有较低的氧化电位且可提高Li||NCM811电池在高压（4.5 V）和60°C高温等高应力条件下的循环稳定性。

电化学测试表明，含有0.6% LiHMDS的 Li||NCM811电池在3.0~4.5 V之间、25 °C和90 mA g^-1下循环1000次后容量保持率为73.92%，而基于不含LiHMDS的基线电解液（BE）的Li||NCM811电池在同样循环条件下仅能保持49.13%的容量。

同时，LiHMDS使Li||NCM811电池（正极负载量为10 mg cm^-2，锂箔负极厚度为50 μm）在60 ℃、60 mA g^-1下100次循环后具有88.47% 的容量保持率，而基于BE的电池在相同循环条件下容量仅保持18.67%。

图1. 含/不含LiHMDS的Li||NCM811电池的电化学性能

进一步，作者通过DFT计算、非原位XPS、飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）、TEM及原位XRD等综合表征研究了LiHMDS对Li||NCM811电池的作用机制。研究表明，LiHMDS作为一种具有低起始氧化电位的强有机碱，不仅可有效耗尽电解液中的HF和H₂O（甚至1000 ppm），而且可在电解液之前优先被氧化，从而在NCM811正极表面构建薄、均匀且坚固的CEI。

同时，这种LiHMDS构建的SEI能够阻碍NCM811电池的Ni溶解问题，抑制了NCM811由层状结构向岩盐相的相变，从而使NCM811正极具有良好的抗热震性能。因此，NCM811的过渡金属离子溶解及其对锂金属负极上SEI的攻击被成功抑制，最终提高了Li||NCM811电池在高压和高温下的循环稳定性。

图2. LiHMDS对NCM811结构演化的影响

Lithium hexamethyldisilazide as electrolyte additive for efficient cycling of high-voltage non-aqueous lithium metal batteries, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-34717-4