中科大任晓迪Angew：氯官能团化实现不燃的超高压（4.7V）醚基电解液

固有的低阳极稳定性和高可燃性问题阻碍了醚基电解液在实际高压锂金属电池中的应用。

中科大任晓迪等了一种合理设计的醚基电解液，其中该醚分子结构上具有氯官能团，以应对这些关键挑战。

图1 电解液表征

一方面，除了氟之外，其他卤代化合物（例如氯）因其阻燃性而广为人知。由于C-Cl键的能量(83.7 kcal mol^-1)和Cl的电负性(3.0)比氟化化合物小得多，因此C-Cl 键容易断裂并释放出Cl∙，以有效捕获高活性H∙，并生成HCl，生成的HCl还可以捕获∙OH 并生成 Cl∙，Cl∙可以重新参与上述反应，从而有效抑制燃烧进程。

另一方面，由于氯原子具有中等的吸电子能力，在醚分子中引入氯官能团也可以降低它们的 HOMO 能级，同时保持较高的 Li+ 溶剂化能力。此外，Cl原子的引入可能会形成含有LiF和LiCl的SEI层，这可能与先前文献中报道的双重保护层一样表现出必要的协同作用。

图2 电化学性能

基于以上考虑，这项工作开发了一种新的基于氯醚的电解液-1,2-双（2-氯乙氧基）-乙醚（Cl-DEE），它是在传统的醚分子1,2-二乙氧基乙烷（DEE）上进行氯取代获得的。研究显示，氯官能团将DEE的闪点从35℃显著提高到126℃，从而实现了独特的阻燃效果，同时保持了其溶解高比例锂盐的能力。具有LiFSI/1.6Cl-DEE/3TTE配方（摩尔比）的局部高浓度电解液可以使锂金属进行均匀的沉积和剥离，从而实现锂金属负极的高度稳定循环。

更重要的是，它可以使高活性的富镍NMC811正极电极在4.6 V下循环200次后具有> 88%的高容量保持率，甚至 4.7 V下，据作者所知这是迄今为止报告的醚基电解液的最高截止电压。此外，随着在两个电极上形成富含LiF和LiCl的保护性界面相，该氯醚基电解液有效地抑制了进一步的电解液副反应并增强了界面电荷转移动力学。

此外，氯醚基电解液在高负载正极、薄锂负极和贫电解液的实际测试条件下表现出良好的循环性能。这项研究提供了一种新方法，可以使醚基电解液用于高能量密度、长寿命和安全的锂金属电池。

图3 CEI分析

Intrinsic Nonflammable Ether Electrolytes for Ultrahigh-Voltage Lithium Metal Batteries Enabled by Chlorine Functionality. Angewandte Chemie International Edition  2022. DOI: 10.1002/anie.202203693