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電解液的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口限制了非水系鋰金屬電池的能量。特別是，盡管包含氟化溶劑的電解液對(duì)高壓正極活性材料如LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）顯示出良好的氧化穩(wěn)定性，但離子傳導(dǎo)性受到不利影響，從而影響了電池在高倍率和低溫下的循環(huán)性能。

圖1. 單氟醚基電解液的物理化學(xué)和電化學(xué)特性

浙江大學(xué)陸俊、吳天品、南方科技大學(xué)鄧永紅等設(shè)計(jì)和合成了一種單氟醚作為具有Li-F和Li-O三叉配位化學(xué)的電解液溶劑，以解決上述問題。通過調(diào)整氟化程度，與二氟（-CHF₂）和三氟（-CF₃）相比，單氟取代基（-CH₂F）可以最大限度地提高氟化電解液的離子導(dǎo)電性，同時(shí)保持高氧化穩(wěn)定性。

研究顯示，單鹽和單溶劑單氟化物電解液能夠在寬溫條件下（-60℃至+60℃）實(shí)現(xiàn)高的體離子傳導(dǎo)率（8 mS cm^-1，30℃），鋰金屬循環(huán)效率（99.75%，Li||Cu電池@0.5 mA cm^-2和1 mAh cm^-2），以及氧化穩(wěn)定性（4.7 V vs. Li/Li⁺）。

圖2. 常溫電化學(xué)儲(chǔ)能特性

因此，單氟化物電解液在實(shí)用條件下（面積容量：3.5 mAh cm^-2，高截止電壓：4.4 V，低負(fù)極-正極（N/P）比率：2.8，貧電解液：2.4 g Ah^-1），在50-μm薄的Li||高負(fù)載-NCM811全電池中實(shí)現(xiàn)了高倍率能力（17.5 mA cm^-2）和穩(wěn)定的低溫（-30℃）運(yùn)行。

此外，在高放電倍率下，基于整個(gè)電池的重量，實(shí)用的小軟包電池還提供了高比能量（426 Wh kg^-1），并且在30℃的200次循環(huán)后具有高容量保持率（>80%）?？傮w而言，單氟化物設(shè)計(jì)和三叉配位化學(xué)為開發(fā)極端條件下（包括高負(fù)載、高倍率和低溫）的工業(yè)高壓鋰電池的氟化電解液提供了可行的途徑。

圖3. 低溫電化學(xué)儲(chǔ)能特性研究

A monofluoride ether-based electrolyte solution for fast-charging and low-temperature non-aqueous lithium metal batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-36793-6

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?陸俊/鄧永紅/吳天品Nature子刊：快充/寬溫鋰金屬電池用電解液

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