Nature子刊：耐5.5V高压的锂金属电池用新型氟化电解液！

由于传统碳酸酯的不相容性和醚类电解液的窄电化学窗口，开发用于锂金属电池的新型溶剂势在必行。尽管氟化醚显示出改善的电化学稳定性，但它们几乎不能溶剂化锂离子。因此，电解液化学的挑战是将氟化醚的高电压稳定性与醚的高锂离子溶剂化能力在单个分子中相结合。

弗里堡大学Ali Coskun、首尔大学Jang Wook Choi等报道了一种新型氟化溶剂 2,2-二甲氧基-4-（三氟甲基）-1,3-二氧戊环(DTDL)，它将环状氟化醚链段与线性醚链段相结合，以同时实现高电压稳定性，并调节锂离子溶剂化能力和结构。

图1 分子结构和电化学表征

从分子设计的角度来看，作者引入了吸电子官能团-CF₃，以提高醚的氧化稳定性。进一步为保持Li⁺溶剂化能力，又对-CF₃的空间排列进行了调整，以避免氟化碳原子直接连接到-O-原子上，如三（2,2,2-三氟乙基）原甲酸酯（TFEO）、双（2,2,2-三氟乙基）醚（BTFE）和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE)等氟化醚。

因此，原碳酸四甲酯核心被整合，以在一个简单的一锅反应中结合环状氟化链段和线性醚链段，形成高度预组织的结合位点，从而获得对Li⁺具有可控的溶剂化能力以增加离子对，同时实现高氧化稳定性。

图2 Li|Cu半电池的循环性能和SEI成分

结果，在仅添加1 M的LiFSI盐后，在基于DTDL的电解液中就观察到接触离子对(CIP)和聚集体(AGG)簇的形成，这与之前的报道一致。值得注意的是，这种低浓度的Li⁺配位FSI阴离子聚集体的形成非常显著，而这种现象通常会在HCEs和LHCEs中获得。因此，所获得的溶剂化结构允许将电解液的氧化稳定性提高到5.5 V vs. Li/Li⁺，并获得FSI衍生的无机SEI层和0.75的高锂离子迁移数。

基于这些特殊特性，具有1 M LiFSI-DTDL的Li|Cu半电池在500次循环中表现出 99.2%的高平均CE。此外，采用2 M LiFSI-DTDL电解液的有限过量的Li|NCM811全电池在0.5 C下在200次循环后实现了84%的容量保持率，从而展示了这种新型电解液的应用潜力。

图3 电解液的溶剂化结构分析

Fluorinated ether electrolyte with controlled solvation structure for high voltage lithium metal batteries. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-29199-3

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Nature子刊：耐5.5V高压的锂金属电池用新型氟化电解液！

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