锂金属具有低电极电势（相对于标准氢电极为-3.04 V）和高比容量（3860 mAh g-1），是高能电池系统的最终负极选择。然而，实际锂金属负极的应用受到其循环性差的阻碍。锂金属与电解液之间不可避免的反应会导致化学和机械上易碎的固态电解质中间相（SEI）的形成。随着锂金属循环过程中体积的波动，SEI容易破裂，从而导致枝晶生长和加速锂腐蚀，并引发安全隐患。电解液工程是提高锂金属可循环性的一种有前途的方法。新型电解液配方可改变锂离子的溶剂化环境，实现均匀的锂沉积形态，并提高SEI稳定性和循环库仑效率（CE）。
作者此前的研究表明，基于氟代1,4-二甲氧基丁烷（FDMB）溶剂的无负极电池具有高循环性能。为进一步提高分子稳定性，作者在FDMB的主链中加入更多的CF2基团，然而，CF2基团数量的增加会导致盐溶解度的降低。考虑到DME与氟代醚分子兼容并且具有较高的LiFSI溶解度。因此选择DME作为共溶剂来解决以上问题。此外，一方面，主链中的-CF2-较少，而DME比率较高，可能对锂沉积动力学有利。另一方面，主链中更多的-CF2-和更低的DME比可以改善电解液对锂金属负极和高压正极的稳定性。因此进一步，通过无负极Cu||NMC532进行筛选，得到1 M LiFSI/6FDMH-DME为最优配方。图1 FDMB模拟分子和电解液配方筛选半电池性能Li||Cu半电池显示，采用1 M LiFSI/6FDMH-DME电解液的平均CE可达99.4%；Li||Al电池的LSV测试显示，该电解液可耐6 V的高电压；Li||Li对称电池显示，DME作为共溶剂会显着降低电池阻抗。图2 半电池性能全电池性能采用1 M LiFSI/6FDMH-DME电解液的50 μm Li||NMC532全电池，在3.0-4.2 V、1C条件下可保持80%的充放电容量。20 μm Li||NMC532全电池，在同样条件下循环250次后保持其初始放电容量的84％。20 μm Li||NMC811全电池，在同样条件下循环250次后保持其初始放电容量的76％。在≈2.1 µL mAh-1贫电解液条件下，Cu||NMC811无负极软包电池循环120次后仍保持其初始容量的75％。图3 全电池性能锂沉积形态与SEI组成SEM显示，在1 M LiPF6/ EC-DEC-FEC-VC和1 M LiFSI/DME电解液中均观察到不均匀的锂沉积。相反，沉积锂在1 M LiFSI/6FDMH-DME电解液中形成大颗粒（5–10 µm），沉积锂的表面积和曲折度显着减小，有助于最大程度地减少SEI和“死”锂的形成，从而提高循环效率。高分辨低温冷冻TEM显示，采用1 M LiFSI/6FDMH-DME电解液，在锂表面观察到了约15 nm的完全非晶态致密SEI层。能量色散X射线光谱（EDS）表征显示，形成的SEI中富集O、F、S和N元素，这意味着富含无机成分，其与FSI−阴离子具有相似的化学组成。XPS证实了这一点。图4 锂沉积的特征双重溶剂化环境1 M LiFSI/6FDMH-DME在配方上类似于最近的局部高浓电解液（LHCE），但溶剂化机制不同。在LHCE中，氟化分子用作稀释剂，不参与锂离子的溶剂化。相反，溶解实验及19F NMR表征显示FDMH和DME都参与1 M LiFSI/6FDMH-DME电解液中的锂离子溶剂化。此外分子动力学模拟证实，在1 M LiFSI/6FDMH-DME中，锂离子的溶剂化结构同时包含了稳定的FDMH分子和多种阴离子。这导致形成高度无机的、阴离子衍生的SEI，这对改善锂沉积形态和锂金属电池循环性能至关重要。图5 锂离子的溶剂化环境总结展望
