安徽工业李永涛/姜智鹏AFM：醚类电解质实现高倍率锂金属电池

高能量密度锂金属电池（LMB）在未来的储能系统中具有巨大潜力，但其循环稳定性差，安全性令人担忧，尤其是在高倍率条件下。在电解液中添加含氟溶剂可有效提高锂金属负极（LMA）的稳定性，并改善 LMB 的安全性。然而，大量引入含氟溶剂不利于锂离子（Li+）的传输，从而对 LMB 的倍率性能产生负面影响。

在此，安徽工业大学李永涛、姜智鹏等人设计了一种安全醚电解质（SEE）。其由 1 M 二氟（草酸盐）硼酸锂（LiDFOB）+ 0.5 M 硝酸锂（LiNO3）组成，分别置于体积比为 7:3 的 1,2 二甲基乙烷（DME）和乙氧基（五氟）环三膦氮（PFPN）中。

其中，电解液的主要溶剂是DME，其具有很强的溶剂化能力和较高的供体数（DN）值，确保了电解液的导电性和电池的倍率性能。此外，在电解液中引入未溶解的 PFPN 作为阻燃成分，使电解液不易燃，大大提高了安全性。LiDFOB 和 LiNO3 的加入分别优化了高压正极和 LMA 的界面特性，提高了电解液与 LMB 的兼容性。

基于此，使用 SEE 的Li-NCM811 电池在 30 C 的高倍率下可实现 113.1 mAh g-1 的高放电比容量，在 10 C 下可稳定循环 300 次以上，容量保持率达 90%。在实际条件下（8.2 mg cm-2），基于 SEE 的全锂离子电池在 3 C的高倍率条件下可稳定循环 160 次以上。

图1. 锂离子配位机制

总之，该工作设计出了一种安全的醚电解质，其结合了传统碳酸酯电解质的高导电性和全氟电解质的不可燃性等优点。

此外，该种醚电解质与锂聚合物电池具有很高的兼容性，最终实现了锂聚合物电池在高倍率条件下的稳定循环。使用 SEE 装配的 Li-NCM811 电池在 30 C的条件下可提供超过 110 mAh g-1 的放电容量，并能在 10 C的循环测试中实现超过 300 次的稳定循环。

即使在实际条件下，基于 SEE 的 Li-NCM811 全电池也能在 3 C 条件下保持稳定循环 160 次以上。因此，该项工作为开发快速充电 LMB 提供了可靠的解决方案。

图2. 电池性能

A Safe Ether Electrolyte Enabling High-Rate Lithium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2024

DOI: 10.1002/adfm.202404945