​Arumugam教授AM：重要发现！正负极的交叉效应对锂金属电池的性能影响重大！

虽然在锂离子电池中的交叉效应，如过渡金属溶解，已被充分理解，但对采用氧化物正极和锂金属负极的电池中交叉的化学物种的影响了解有限。

德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram等探讨了基于高镍正极、锂金属负极和局域高浓度电解液（LHCE，LiFSI-DME/TTE）的电池中正极到负极和负极到正极交叉的影响。

图1. 采用LHCE的软包电池的循环性能和拆卸

研究发现，与锂（NC|Li，NC=LiNi_0.94Co_0.06O₂）配对的高镍正极在200次循环中的容量衰减比与石墨（NC|Gr）配对的相同正极高2-3倍，这一点在用新鲜锂和电解液重新组装的电池中得到了验证。

令人惊讶的是，具有更多容量衰减的正极也有一个更薄的CEI，其中更高的衰减归因于硫和氮物种的富集和氟的耗竭，而不是简单的厚度差异。正极对锂金属负极的影响也同样重要。与高镍正极配对的锂金属负极（NC|Li）的SEI比与锂配对的锂（Li|Li）的SEI薄三倍，而且相对于硫和氮，它富含氟。

图2. 拆解后重新循环的软包电池

另外，虽然在这些电池中发现了其他的交叉物种，包括TTE分解物种、DME氧化产生的甲酸盐、溶解的过渡金属离子和源于LiFSI中的硫的多硫化物穿梭，但锂金属负极对FSI的优先脱氟被认为是改变电化学的交叉效应的主要驱动因素。在NC|Li电池中，氟首先在锂金属负极从FSI中被去除，而剩余的硫和氮则交叉到正极并在那里被分解。这种对硫和氮的持续清除显然对锂金属负极有稳定作用，而它们的存在或相应的氟耗竭则对正极有不利影响。

最终，对于具有薄型锂金属负极的实用电池来说，这是一个值得权衡的问题，在这种情况下，交叉可能是在具有LHCE的锂金属电池中看到的令人印象深刻的性能的重要因素。这项工作对这一机制的了解将提供进一步调整电解液设计的机会，以寻求具有更高能量密度和循环寿命的锂金属电池。

图3. 循环后锂负极的XPS表征

Crossover Effects in Lithium-metal Batteries with a Localized High Concentration Electrolyte and High-nickel Cathodes. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202205188