由于非水電解質(zhì)溶液中存在的水分對正極產(chǎn)生不利影響，因此高壓鋰金屬電池循環(huán)穩(wěn)定性差，尤其是在高工作溫度（≥60°C）下。

在此，清華大學(xué)深圳國際研究生院賀艷兵副教授等人提出了一種新型的多功能非水系電解液添加劑六甲基二硅基胺基鋰（LiHMDS），該添加劑具有較低的氧化電位且可提高Li||NCM811電池在高壓（4.5 V）和60°C高溫等高應(yīng)力條件下的循環(huán)穩(wěn)定性。

電化學(xué)測試表明，含有0.6% LiHMDS的 Li||NCM811電池在3.0~4.5 V之間、25 °C和90 mA g^-1下循環(huán)1000次后容量保持率為73.92%，而基于不含LiHMDS的基線電解液（BE）的Li||NCM811電池在同樣循環(huán)條件下僅能保持49.13%的容量。

同時，LiHMDS使Li||NCM811電池（正極負(fù)載量為10 mg cm^-2，鋰箔負(fù)極厚度為50 μm）在60 ℃、60 mA g^-1下100次循環(huán)后具有88.47% 的容量保持率，而基于BE的電池在相同循環(huán)條件下容量僅保持18.67%。

圖1. 含/不含LiHMDS的Li||NCM811電池的電化學(xué)性能

進(jìn)一步，作者通過DFT計(jì)算、非原位XPS、飛行時間二次離子質(zhì)譜（TOF-SIMS）、TEM及原位XRD等綜合表征研究了LiHMDS對Li||NCM811電池的作用機(jī)制。研究表明，LiHMDS作為一種具有低起始氧化電位的強(qiáng)有機(jī)堿，不僅可有效耗盡電解液中的HF和H₂O（甚至1000 ppm），而且可在電解液之前優(yōu)先被氧化，從而在NCM811正極表面構(gòu)建薄、均勻且堅(jiān)固的CEI。

同時，這種LiHMDS構(gòu)建的SEI能夠阻礙NCM811電池的Ni溶解問題，抑制了NCM811由層狀結(jié)構(gòu)向巖鹽相的相變，從而使NCM811正極具有良好的抗熱震性能。因此，NCM811的過渡金屬離子溶解及其對鋰金屬負(fù)極上SEI的攻擊被成功抑制，最終提高了Li||NCM811電池在高壓和高溫下的循環(huán)穩(wěn)定性。

圖2. LiHMDS對NCM811結(jié)構(gòu)演化的影響

Lithium hexamethyldisilazide as electrolyte additive for efficient cycling of high-voltage non-aqueous lithium metal batteries, Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-34717-4