纳米所&卡大EnSM: 合理设计混合电解质用于实用的无负极锂金属电池

可充电锂电池由于其高能量密度是下一代有前景的候选储能设备，它们的电化学性能深受电解质组合物的影响。

传统锂离子电池 (LIB) 中使用的碳酸盐基电解质对元素锂具有高度腐蚀性，基于甘醇二甲醚的电解质通常具有更好的还原稳定性，但它们在4 V/Li下会发生早期氧化，与高压正极不匹配。最近，氟化溶剂和盐类对锂负极的循环行为表现出积极影响，但高成本阻碍了它们的应用。

在此，中科院苏州纳米所沈炎宾副研究员与加拿大卡尔加里大学Venkataraman Thangadurai等人报道设计了一种与元素锂负极和富镍正极兼容的经济型碳酸盐-甘醇二甲醚混合电解质（CGHE）。

图1. 沉积的锂和SEI的表征

使用DFT、NMR和FTIR研究证明了CGHE表现出独特的溶剂化结构，其中二甘醇二甲醚（G2）主导锂离子的初级溶剂化壳层。它能使六氟磷酸盐阴离子完全电离，并与LiNO₃形成接触离子对。混合电解质导致了强大的富含无机物的SEI，同时保持了优异的离子电导率，润湿性和与元素Li的化学稳定性。

因此基于该混合电解质的含400%过量锂负极的锂金属电池在2C下循环200次后仍提供99.2 mAh g^-1的比容量，几乎是普通EC/DEC电解质（27 mAh g^-1）的四倍。无负极锂电池在50次循环后容量保持率为73%，而使用典型碳酸盐电解质的无负极电池最终在45次循环内失效。

图2. 基于该混合电解质的无负极锂金属电池的电化学性能

Rational design of a carbonate-glyme hybrid electrolyte for practical anode-free lithium metal batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.043

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纳米所&卡大EnSM: 合理设计混合电解质用于实用的无负极锂金属电池

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