​Arumugam教授AFM：双阴离子局部高浓度电解液助力长寿命锂金属电池

电解液中的阴离子化学性质在很大程度上决定了阴极和阳极表面钝化层的性质和质量。当涉及高活性锂金属阳极和侵蚀性高镍阴极时，这一点将更为重要。

图1. 锂金属在不同电解液中的电化学稳定性

德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram等研究了含有一种或两种锂盐的四种局部高浓度电解液（LHCE）对超高镍阴极-LiNi_0.95Co_0.02Mn_0.015Al_0.01Mg_0.005O₂（NCMAM）和锂金属阳极（LMA）的界面化学性质的影响。

结果表明，TFSI-阴离子和FSI-阴离子之间的竞争反应性会导致FSI-阴离子的反应速度变慢。随后，FIS−阴离子的分解动力学和电极-电解质界面的化学性质得到了有效的调节。通过两种阴离子之间的这种竞争反应，双阴离子LHCE比单阴离子LHCE对锂金属具有更好的兼容性，可获得具有均匀、紧凑、无枝晶的锂沉积形态。

图2. Li||NCMAM在不同电解液中的电化学性能

双阴离子效应也有利于侵蚀性超高镍阴极NCMAM产生薄而坚固的CEI层，分解产物（尤其是富含F的无机成分）分布更加均匀。因此，与单阴离子LHCE相比，双阴离子LHCE具有优异的电化学稳定性。

实验证明，所提出的双阴离子LHCE对锂金属具有极佳的电化学相容性，并能在4.4和4.6 V电压下长期稳定地循环。这项工作强调了双阴离子LHCE在开发高能量密度锂金属电池方面的潜力。

图3. 循环后NCMAM的TOF-SIMS表征

Long-Life Lithium-Metal Batteries with an Ultra-High-Nickel Cathode and Electrolytes with Bi-Anion Activity. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202309591