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王海燕/唐有根/孫旦EnSM：不燃超低濃度醚基電解液助力先進(jìn)鋰金屬電池！

高能量密度鋰金屬電池（LMBs）具有成為下一代儲(chǔ)能器件的巨大前景。然而，它們的商業(yè)化進(jìn)程由于低庫(kù)侖效率（CE）和由非均勻鋰沉積及可燃電解液引起的潛在安全危險(xiǎn)而受到嚴(yán)重阻礙。

中南大學(xué)王海燕、唐有根、孫旦等提出了一種全新的超低濃度（0.3M）混合醚電解液（ULCE），以調(diào)節(jié)LMBs的電解液結(jié)構(gòu)、可燃性和固體電解質(zhì)間相（SEI）組成。

圖1. 電解液表征

在這種ULCE中，1, 2-二甲氧基乙烷（DME）被用作模型活性溶劑，阻燃的1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（HFE）作為一種惰性溶劑。得益于DME的高溶劑化能力和巨大的陽(yáng)極穩(wěn)定性以及大量惰性HFE的存在（94%體積），ULCE促進(jìn)了Li⁺和陰離子之間的相互作用以及FSI^–的分解，生成了穩(wěn)定的陰離子衍生的富無(wú)機(jī)SEI。

圖2. Li-Cu電池性能

基于這種電解液的設(shè)計(jì)，鋰金屬負(fù)極在2 mA cm^-2的電流密度和1 mAh cm^-2的循環(huán)容量下，在250次循環(huán)中表現(xiàn)出>99.3%的高平均鋰沉積/剝離CE，波動(dòng)率低至0.6%。此外，與傳統(tǒng)的碳酸酯和醚類電解液相比，采用優(yōu)化的ULCE的Li||Li₄Ti₅O₁₂（LTO）和Li||sulfur（S）全電池都顯示出優(yōu)異的電化學(xué)性能。

此外，其他基于不同活性醚的ULCE，包括二甘醇二甲醚（G2）、三甘醇二甲醚（G3）、四甘醇二甲醚（G4）和四氫呋喃（THF），也表現(xiàn)出對(duì)LMB的類似提升。因此，這項(xiàng)工作不僅擴(kuò)大了可用電解液的濃度范圍，并為調(diào)節(jié)電解液和SEI結(jié)構(gòu)提供了新的指導(dǎo)方針，這也可以在其他高能量密度金屬電池中得到利用。

圖3. Li|| LTO全電池性能

Non-Flammable Ultralow Concentration Mixed Ether Electrolyte for Advanced Lithium Metal Batteries. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.014

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