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?南科大/華為ACS Energy Letters：用于高壓鋰金屬電池的不燃性電解液

電解液中極性溶劑的電化學(xué)不穩(wěn)定性經(jīng)常導(dǎo)致高壓鋰金屬電池（LMBs）中鋰負(fù)極和富鎳正極表面的還原/氧化。

圖1 電解液設(shè)計(jì)

南方科技大學(xué)鄧永紅、華為技術(shù)有限公司中央研究院瓦特實(shí)驗(yàn)室Qiang Ma等設(shè)計(jì)了一種雙極分子調(diào)節(jié)的電解液，其具有膠囊狀的溶劑化結(jié)構(gòu)和不可燃性，以穩(wěn)定高壓LMBs。具體而言，這項(xiàng)工作精心設(shè)計(jì)了一種具有極性磺酰亞胺頭和全氟烷基尾的不燃性分子。

研究顯示，雙極全氟磺酰胺通過弱的配位作用解離Li⁺離子，并將活性的1,2-二甲氧基乙烷（DME）溶劑包裹在第一層溶劑殼內(nèi)，從而通過生成無機(jī)物豐富的界面層消除了鋰金屬負(fù)極和高壓正極處的有害溶劑分解。

圖2 鋰負(fù)極性能

結(jié)果，使用這種電解液，組裝的高壓電池在嚴(yán)苛的條件下（正極負(fù)載3.4 mAh cm^-2，截止電壓4.4 V，負(fù)/正比1.17，貧電解液3 g Ah^-1），在200次充/放電循環(huán)后提供了高容量保持率（Li||LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂：>90%）。

此外，膠囊狀電解液還能使420 mAh的小軟包電池實(shí)現(xiàn)440 Wh kg^-1的高電池級能量密度，同時(shí)具有150次以上的長循環(huán)穩(wěn)定性（容量保持率：92%）。這項(xiàng)工作所提供的分子設(shè)計(jì)原理和膠囊狀溶劑化結(jié)構(gòu)將促進(jìn)商業(yè)電解液在高比能LMB中的實(shí)際應(yīng)用。

圖3 全電池性能

A Nonflammable Electrolyte for High-Voltage Lithium Metal Batteries. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c00706

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