高能密度電池的開發(fā)對于各種應用至關重要。然而，超過4.5V的電解質(zhì)穩(wěn)定性不足阻礙了許多高容量材料的利用。

在此，江蘇師范大學賴超、屠興超以及徐州納烯新材料研究院有限公司孫闖等人提出了一種簡單而高效的策略，以克服這一限制，并在使用商用酯類電解質(zhì)時提高高壓鋰金屬電池界面的穩(wěn)定性。

具體而言，該工作設計了一系列電解質(zhì)添加劑，旨在逐步延長環(huán)己烷-1,2,3,4,5,6-六亞胺（CHHI）末端烷基的長度。在這些添加劑中，六丁基環(huán)己烷-1,2,3,4,5,6-六亞胺（HBCHHI）因正丁基和亞氨基的協(xié)同互補而表現(xiàn)出卓越的性能。這種協(xié)同效應可形成更薄、更致密、富含 LixN 的固體/正極-電解質(zhì)界面。

因此，電解質(zhì)與電極之間的相互作用得到了抑制，從而使鋰離子電池（NCM811）能在 4.7 V 的高壓下工作。在以 5C 的倍率下循環(huán) 500 次后，高壓鋰離子電池的容量保持率提高了 ≈250%。在正極高負載 ≈2.5 mAh cm^-2?的準實用條件下，全電池的壽命也得到了延長。

圖1. 物相表征

總之，該工作通過對 CHHI 中末端烷基鏈的改性，獲得了一系列用于高壓 LMB 的類似添加劑。結合理論計算和電化學分析，研究人員成功地確定了負極和正極的顯著改性效果。負極方面，在 SEI 中加入致密的Li_xN層有利于鋰離子的均勻傳輸和沉積。在電流密度為 1 mA cm^-2和面積容量為 3 mAh cm^-2的情況下，這種改性使得Li||Li對稱電池的循環(huán)壽命顯著穩(wěn)定地超過了 500 小時。關于 NCM811 正極，含Li_xN的 CEI 有效抑制了不良的電極/電解質(zhì)相互作用。

因此，它緩解了正極材料內(nèi)部結構退化的問題。因此，在準實用條件下（高陰極質(zhì)量負載≈2.5 mAh cm^-2），Li||NCM811電池在 3.0-4.7 V（V vs Li/Li⁺）的高工作電壓窗口內(nèi)表現(xiàn)出較長的使用壽命。該工作為提高在更高電壓下工作的商用電解質(zhì)的性能和穩(wěn)定性提供了寶貴的見解和指導。

圖2. 電池性能

Hexabutylcyclohexane-1,2,3,4,5,6-hexaimine Additive-Assisted Commercial Ester Electrolyte for 4.7 V Highly-Stable Li-Metal Batteries，Advanced Energy Materials?2023 DOI: 10.1002/aenm.202302747