開發(fā)具有卓越穩(wěn)定性和內(nèi)在安全性的先進高壓鋰金屬電池（LMB）對實際應用具有重要意義。然而，傳統(tǒng)碳酸鹽溶劑的易燃性以及商用電解質對高活性鋰負極和高壓正極的兼容性較差，嚴重阻礙了其實用化進程。

在此，武漢科技大學鄭洋，霍開富等人設計了一種不易燃且成本低廉的磷酸鹽電解液，通過雙向調節(jié)相間關系實現(xiàn)穩(wěn)定的高壓LMB。得益于 1.5 M LiTFSI/磷酸三乙酯電解液中 LiNO₃ 和 DME 雙添加劑的協(xié)同調控，在鋰負極和富鎳正極表面同時構建了薄且致密、堅固的電極/電解質界面相，顯著提高了電極和電解液之間的穩(wěn)定性和兼容性。因此，鋰金屬電池庫侖效率在 400 次循環(huán)后保持仍98.6%，鋰對稱電池穩(wěn)定循環(huán)超過 4,000 小時。

此外，在 4.6 V 的高截止電壓下，由薄鋰負極和高負載正極組裝而成的 Li∥LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂ 電池在 1C 下循環(huán) 500 次后仍能保持 98.4% 的容量。

圖1. 電化學性能

總之，該工作通過雙向調節(jié)策略，為本質安全型高壓 LMB 合理設計了一種簡單、低成本、不易燃且具有良好理化特性的磷酸鹽電解質。研究表明，LiNO₃ 和 DME 雙添加劑進入溶劑化殼層內(nèi)部，協(xié)同調控溶劑化結構，優(yōu)先分解并誘導在 Li 負極和 NCM 正極表面形成致密、堅固和高導電性的電極/電解質界面層，進而提高了 Li 沉積/剝離過程的動力學性能，并抑制了 NCM 正極的結構降解。此外，原位生成的富無機界面層還能有效抑制電極與 TEP 溶劑之間的副反應。

因此，本文采用 TDNE 電解質的鋰對稱電池在 0.5 mA cm^-2 和 0.5 mAh cm^-2 的條件下實現(xiàn)了 167 天的長循環(huán)。Li∥NCM622 全電池在循環(huán) 500 次后保持了 98.41% 的高容量，CE 高達 99.7%。因此，該項工作為設計先進的電解質以實現(xiàn)本質安全和高能量 LMB 提供了一種有效的策略。

圖2. 電池性能

Bidirectional Interphase Modulation of Phosphate Electrolyte Enables Intrinsic Safety and Superior Stability for High-Voltage Lithium–Metal Batteries， ACS Nano 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c09643