周豪慎EES：进一步耗尽锂离子溶剂化鞘层内的溶剂分子以稳定高能量密度金属锂电池

Nanoyu

2020-09-21

电解液的有害分解，特别是溶剂的脱氢，会加速电池的降解，阻碍高能量密度锂金属电池（LMBs）的发展。构建经典超浓电解液的本质是降低溶剂比例，从而抑制与溶剂相关的寄生反应。然而，随着溶剂的减少，电解质的浓缩过程在达到饱和状态时会达到极限。

近日，南京大学周豪慎教授报道了在MOF孔径的调节下，在部分耗尽了Li+溶剂化鞘层内的溶剂分子后，开发出了一种独特的电解质。

文章要点

1）除了典型的浓缩电解质外，所制备的电解质的聚集性甚至超过标准饱和状态(超过锂盐的溶解度极限)，并且只由溶剂耗尽的CIP离子对组成，并利用先进的空间分辨光谱进行了验证。

2）特殊的电解质结构显著消除了与溶剂相关的持久有害分解。通过与5.0 V级LCMO正极的物理化学/电化学分析相结合，研究人员进一步证实了电解液的电化学稳定窗口得到极大的扩展（5.4 V vs.Li/Li⁺以上）。此外，IR光谱显示，在高Ni NCM-811正极表面上的溶剂脱氢产生的CEI被大大抑制。同时，XPS进一步观察到由薄SEI覆盖的锂金属负极。

3）由制备的电解质通过组装高压正极（NCM-811和5.0 V-class LiCoMnO₄（LCMO））和有限的过量锂金属负极，实现了具有超稳定循环性能的高能量密度LMBs全电池（630 Wh kg^-1以上）。

通过耗尽Li⁺溶剂化鞘中的溶剂分子，研究人员获得了一种比饱和电解质更具聚集性的特殊电解质。而这种电解质设计方法将为高能量密度LMB/LIBs的各种先进液体电解质的开发与设计提供启发性的见解。

Zhi Chang, et al, Beyond concentrated electrolyte: further depleting solvent molecules within Li+ solvation sheath to stabilize high-energy-density lithium metal batteries, Energy Environ. Sci., 2020

DOI: 10.1039/D0EE02769C

https://doi.org/10.1039/D0EE02769C