基于富鎳正極的鋰金屬電池(LMB)是下一代高能電池有希望的候選者。然而，高反應(yīng)性電極通常與傳統(tǒng)電解液表現(xiàn)出較差的界面相容性，從而導(dǎo)致循環(huán)性能有限。

卡爾斯魯厄理工學(xué)院Stefano Passerini等設(shè)計(jì)了一種由雙氟磺酰基亞胺鋰（LiFSI）、1-乙基-3-甲基咪唑鎓雙（氟磺酰基）亞胺（EmimFSI）和1,2-二氟苯（dFBn）組成的局域濃縮離子液體電解質(zhì)（LCILE，[LiFSI]₁[EmimFSI]₂[dFBn]₂ (FEdF)），來(lái)克服上述挑戰(zhàn)。

圖1 FE和FEdF電解質(zhì)在20 °C下的物理化學(xué)表征

作為助溶劑，由于與Li⁺的弱配位和通過(guò)π-π堆積與Emim⁺的相互作用，dFBn有效地降低了ILE的粘度并提高了Li⁺的傳輸能力。此外，雖然dFBn幾乎未參與Li⁺溶劑化鞘層，但參與了鋰金屬負(fù)極(LMA)和LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂(NMC811)正極上電極/電解質(zhì)界面(EEI)的形成。

在LMA上，LCILE中形成的SEI由更多的Emim⁺和FSI-分解產(chǎn)物組成，并且更厚，這可以保護(hù)LMA免受與電解質(zhì)的副反應(yīng)，從而提高它們的可逆性。在正極側(cè)，dFBn的優(yōu)先分解限制了Emim⁺和FSI-的分解，導(dǎo)致CEI更薄但更穩(wěn)定，這促進(jìn)了NMC811在LCILE中的更好循環(huán)性。

圖2 鋰負(fù)極表征

因此，開發(fā)的LCILE能夠?qū)崿F(xiàn)LMA的無(wú)枝晶循環(huán)，在0.5 mA cm^-2時(shí)庫(kù)侖效率(CE)高達(dá)99.57%，并且使Li/NMC811電池在4.4 V下具有高循環(huán)穩(wěn)定性，在C/3充電和1 C放電下經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后容量保持率為93%。

相比之下，采用不含dFBn的電解液，LMA實(shí)現(xiàn)了98.22%的CE，Li/NMC811電池經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后容量保持率為16%。總體而言，對(duì)配位結(jié)構(gòu)、促進(jìn)的Li⁺傳輸和EEI特性的深入了解為進(jìn)一步開發(fā)用于長(zhǎng)壽命、高能LMB的電解質(zhì)提供了必不可少的基本信息。

圖3 Li/NMC811電池的性能

Difluorobenzene-Based Locally Concentrated Ionic Liquid Electrolyte Enabling Stable Cycling of Lithium Metal Batteries with Nickel-Rich Cathode. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200862