​武科大郑洋/霍开富ACS Nano：磷酸盐电解质实现高压锂金属电池

开发具有卓越稳定性和内在安全性的先进高压锂金属电池（LMB）对实际应用具有重要意义。然而，传统碳酸盐溶剂的易燃性以及商用电解质对高活性锂负极和高压正极的兼容性较差，严重阻碍了其实用化进程。

在此，武汉科技大学郑洋，霍开富等人设计了一种不易燃且成本低廉的磷酸盐电解液，通过双向调节相间关系实现稳定的高压LMB。得益于 1.5 M LiTFSI/磷酸三乙酯电解液中 LiNO₃ 和 DME 双添加剂的协同调控，在锂负极和富镍正极表面同时构建了薄且致密、坚固的电极/电解质界面相，显著提高了电极和电解液之间的稳定性和兼容性。因此，锂金属电池库仑效率在 400 次循环后保持仍98.6%，锂对称电池稳定循环超过 4,000 小时。

此外，在 4.6 V 的高截止电压下，由薄锂负极和高负载正极组装而成的 Li∥LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂ 电池在 1C 下循环 500 次后仍能保持 98.4% 的容量。

图1. 电化学性能

总之，该工作通过双向调节策略，为本质安全型高压 LMB 合理设计了一种简单、低成本、不易燃且具有良好理化特性的磷酸盐电解质。研究表明，LiNO₃ 和 DME 双添加剂进入溶剂化壳层内部，协同调控溶剂化结构，优先分解并诱导在 Li 负极和 NCM 正极表面形成致密、坚固和高导电性的电极/电解质界面层，进而提高了 Li 沉积/剥离过程的动力学性能，并抑制了 NCM 正极的结构降解。此外，原位生成的富无机界面层还能有效抑制电极与 TEP 溶剂之间的副反应。

因此，本文采用 TDNE 电解质的锂对称电池在 0.5 mA cm^-2 和 0.5 mAh cm^-2 的条件下实现了 167 天的长循环。Li∥NCM622 全电池在循环 500 次后保持了 98.41% 的高容量，CE 高达 99.7%。因此，该项工作为设计先进的电解质以实现本质安全和高能量 LMB 提供了一种有效的策略。

图2. 电池性能

Bidirectional Interphase Modulation of Phosphate Electrolyte Enables Intrinsic Safety and Superior Stability for High-Voltage Lithium–Metal Batteries， ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09643