電解液工程通過構(gòu)建富含LiF的固體電解質(zhì)間相（SEI）來實(shí)現(xiàn)具有高庫侖效率（CE）的鋰金屬電池（LMBs）。然而，LiF的低導(dǎo)電性會擾亂Li⁺在SEI中的擴(kuò)散，從而誘發(fā)了Li⁺轉(zhuǎn)移驅(qū)動的樹枝狀沉積。

浙江大學(xué)范修林、范利武等建立了一個機(jī)械模型，以解讀SEI是如何影響高氟電解液中的Li沉積。

圖1. LMB中的鋰沉積模型

所提出的理論描述了容量損失和電流密度之間的線性關(guān)系，以確定斜率k（由SEI成分的Li⁺流動性決定）作為描述整個SEI的Li⁺通量均勻性的指標(biāo)，而截距決定了電解液可以達(dá)到的最大CE。所提議的模型激發(fā)了雙鹵化物（F和Cl）電解液的設(shè)計(jì)，它們會在鋰金屬負(fù)極（LMA）上原位產(chǎn)生雙鹵化物（LiF_1-xCl_x）SEI。

圖2. 不同電解液中鋰沉積行為的建模

結(jié)果，與LiF相相比，Cl摻雜使LiF_1-xCl_x相具有快速的Li⁺電導(dǎo)率，并在不影響機(jī)械穩(wěn)定性的情況下降低了6倍的能量屏障。其有效性體現(xiàn)在鋰-銅電池的CE（>99.5%）和全電池循環(huán)壽命的延長（>200次）。特別是，使用雙鹵化物電解液的無負(fù)極Cu | |LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂軟包電池在實(shí)際水平上實(shí)現(xiàn)了>125次循環(huán)。因此，所提出的方案能夠從根本上理解和評估鋰的沉積，并為實(shí)現(xiàn)高能量的LMB開辟了一個可行的工程方法。

圖3. LMB的性能和表征

Tackling realistic Li⁺ flux for high-energy lithium metal batteries. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33151-w