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高壓鋰金屬電池由于其出色的能量密度（>400 Wh kg^-1）而成為最有前景的儲能技術(shù)。然而，傳統(tǒng)碳酸酯基電解液在高電位正極的氧化分解、鋰負(fù)極和電解液之間的有害反應(yīng)以及不可控的鋰枝晶生長，會導(dǎo)致嚴(yán)重的容量衰減和/或易燃安全問題，這阻礙了其實際應(yīng)用。

圖1. 不同電解液的電化學(xué)和阻燃特性

中科院長春應(yīng)化所明軍、王立民、沙特阿卜杜拉國王科技大學(xué)Husam N. Alshareef、漢陽大學(xué)Yang-Kook Sun等通過采用氟化溶劑-氟代碳酸乙烯酯（FEC）和（2，2，2-三氟乙基）碳酸乙酯（ETFEC）取代傳統(tǒng)的碳酸乙烯酯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）溶劑，設(shè)計了一種新型不燃的氟化電解液。

研究發(fā)現(xiàn)，氟化電解液表現(xiàn)出一種獨特的溶劑化過程，通過這種過程，Li⁺的脫溶能壘和電解液的分解可以被大大降低和緩解。

此外，當(dāng)加入乙氧基五氟環(huán)三磷腈（PFPN）溶劑時，可以通過調(diào)節(jié)分子間相互作用來進(jìn)一步優(yōu)化上述溶劑化衍生的電化學(xué)行為。PFPN不僅有很高的阻燃效率，而且該分子有許多吸電子的F原子和給電子的-P=N-基團，可以與其他含有孤對電子或缺電子原子的溶劑相互作用，從而改變Li⁺溶劑化結(jié)構(gòu)和（去）溶劑化行為。

圖2. 電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)和動力學(xué)演化

這種組合促使了4.4V富鎳NCM811基鋰金屬電池在寬溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)異的循環(huán)性能（例如，在60℃下可長循環(huán)超過80次，在-40℃下可保持59.3%的放電容量）。

此外，當(dāng)嚴(yán)格控制鋰負(fù)極與NCM811正極的耦合量（N/P=2）時，該電池在162次循環(huán)后仍可保持80%容量。最后，作者提出了一個新的界面模型，在分子尺度上建立了電解液行為和電極性能之間的關(guān)系，為高壓鋰金屬電池用電解液設(shè)計提供了新的見解。

圖3. 鋰負(fù)極在不同電解液中的電化學(xué)穩(wěn)定性及其表征

Intermolecular Interactions Mediated Nonflammable Electrolyte for High-Voltage Lithium Metal Batteries in Wide Temperature. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300443

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