陆俊/邓永红/吴天品Nature子刊：快充/宽温锂金属电池用电解液

电解液的电化学稳定性窗口限制了非水系锂金属电池的能量。特别是，尽管包含氟化溶剂的电解液对高压正极活性材料如LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）显示出良好的氧化稳定性，但离子传导性受到不利影响，从而影响了电池在高倍率和低温下的循环性能。

图1. 单氟醚基电解液的物理化学和电化学特性

浙江大学陆俊、吴天品、南方科技大学邓永红等设计和合成了一种单氟醚作为具有Li-F和Li-O三叉配位化学的电解液溶剂，以解决上述问题。通过调整氟化程度，与二氟（-CHF₂）和三氟（-CF₃）相比，单氟取代基（-CH₂F）可以最大限度地提高氟化电解液的离子导电性，同时保持高氧化稳定性。

研究显示，单盐和单溶剂单氟化物电解液能够在宽温条件下（-60℃至+60℃）实现高的体离子传导率（8 mS cm^-1，30℃），锂金属循环效率（99.75%，Li||Cu电池@0.5 mA cm^-2和1 mAh cm^-2），以及氧化稳定性（4.7 V vs. Li/Li⁺）。

图2. 常温电化学储能特性

因此，单氟化物电解液在实用条件下（面积容量：3.5 mAh cm^-2，高截止电压：4.4 V，低负极-正极（N/P）比率：2.8，贫电解液：2.4 g Ah^-1），在50-μm薄的Li||高负载-NCM811全电池中实现了高倍率能力（17.5 mA cm^-2）和稳定的低温（-30℃）运行。

此外，在高放电倍率下，基于整个电池的重量，实用的小软包电池还提供了高比能量（426 Wh kg^-1），并且在30℃的200次循环后具有高容量保持率（>80%）。总体而言，单氟化物设计和三叉配位化学为开发极端条件下（包括高负载、高倍率和低温）的工业高压锂电池的氟化电解液提供了可行的途径。

图3. 低温电化学储能特性研究

A monofluoride ether-based electrolyte solution for fast-charging and low-temperature non-aqueous lithium metal batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-36793-6

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