南科大/华为ACS Energy Letters：用于高压锂金属电池的不燃性电解液

电解液中极性溶剂的电化学不稳定性经常导致高压锂金属电池（LMBs）中锂负极和富镍正极表面的还原/氧化。

图1 电解液设计

南方科技大学邓永红、华为技术有限公司中央研究院瓦特实验室Qiang Ma等设计了一种双极分子调节的电解液，其具有胶囊状的溶剂化结构和不可燃性，以稳定高压LMBs。具体而言，这项工作精心设计了一种具有极性磺酰亚胺头和全氟烷基尾的不燃性分子。

研究显示，双极全氟磺酰胺通过弱的配位作用解离Li⁺离子，并将活性的1,2-二甲氧基乙烷（DME）溶剂包裹在第一层溶剂壳内，从而通过生成无机物丰富的界面层消除了锂金属负极和高压正极处的有害溶剂分解。

图2 锂负极性能

结果，使用这种电解液，组装的高压电池在严苛的条件下（正极负载3.4 mAh cm^-2，截止电压4.4 V，负/正比1.17，贫电解液3 g Ah^-1），在200次充/放电循环后提供了高容量保持率（Li||LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂：>90%）。

此外，胶囊状电解液还能使420 mAh的小软包电池实现440 Wh kg^-1的高电池级能量密度，同时具有150次以上的长循环稳定性（容量保持率：92%）。这项工作所提供的分子设计原理和胶囊状溶剂化结构将促进商业电解液在高比能LMB中的实际应用。

图3 全电池性能

A Nonflammable Electrolyte for High-Voltage Lithium Metal Batteries. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c00706

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