第一作者：Xiulin Fan
通訊作者：Khalil Amine、Kang Xu、Chunsheng Wang
通訊地址：美國馬里蘭大學、阿貢實驗室、陸軍研究實驗室
研究亮點：
1. 調控電解液中的氟化溶劑，制備了一種在LMB使用的不易燃全氟化電解質。
2. 高度氟化的界面有助于抑制電解質氧化。
目前為止，由于鋰離子電池寬的正負極電壓窗口，電解液無法同時對鋰離子電池的高壓正極材料和低壓負極材料保持熱力學穩定。醚類電解質不穩定；碳酸鹽類會導致庫侖效率降低和Li枝晶生長；高濃度電解質提高穩定性但也提高了成本和電解質粘度。因此，選擇兼容的電解質體系至關重要。
有鑒于此，美國馬里蘭大學王春生教授聯合美國阿貢實驗室Khalil Amine教授和陸軍研究實驗室許康教授通過調控電解液中的氟化溶劑，制備了一種在LMB使用的不易燃全氟化電解質。
在低濃高度氟化的電解液(1M LiPF6中FEC:FEMC:HFE按重量比為2：6：2混合)中實現了鋰金屬負極，LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811)和LiCoPO4(LCP)等高容量、高電壓正極的高效循環。
該電解液在鋰金屬一側形成以LiF為主的SEI，在正極一側形成以含氟復合物為主的CEI，高度氟化的界面有助于抑制電解質氧化。由于氟化物的強結合能，低電子電導，高熱力學穩定性，故可隔斷電子傳輸，從而抑制電解液和正負極材料持續的副反應，實現高效循環。另外高度氟化的電解液，抑制電解液體系的可燃性，故提高了電池的安全性能。
圖1. 不同電解質的電化學性能
圖2. 不同電解質中循環100后鋰金屬的SEM圖
圖3. 用NMC811 和 LCP 做正極的 LMB的電化學性能
圖4.用1?M LiPF6 FEC/FEMC/HFE 做電解質的Li||NMC811 全電池電化學性能
圖5. 計算電解質溶劑的氧化還原穩定性和在循環的Li金屬和LCP正極上進行的表面分析
圖6. PBE?+U DFT 計算在充滿電的CoPO4 (010)上EC, FEC, FEMC和HFE溶劑的反應性
這種電解質同時解決了這種高能電池面臨的四個最緊迫的挑戰：①不良的鋰脫嵌；②正極表面上的電解質氧化；③鋰枝晶的形成；④安全性差。該研究結果為高鹽濃度電解質提供了另一種途徑，用于設計新的電解質系統。
本文綜合整理自二維加
參考文獻：
Fan X, Chen L, Borodin O, et al. Non-flammable electrolyte enables Li-metal batteries with aggressive cathode chemistries[J], Nature nanotechnology, 2018.
DOI: 10.1038/s41565-018-0183-2
