传统的锂离子（Li+）电池已难以满足越来越轻、越来越薄的电化学储能系统的市场需求。锂（Li）金属阳极的低还原电位（-3.04 V vs SHE）和高理论比容量（3860 mAh g-1）最终使锂金属电池成为实现更高比能量密度的有希望的候选电池。然而，当考虑到循环稳定性、库仑效率和使用寿命时，锂金属电池面临许多挑战，这些挑战主要由锂枝晶的不可控生长、锂阳极的体积变化以及固体电解质界面（SEI）的破坏引起的。电解液的浓度对可充电电池的性能有显著影响。过去的的研究主要集中在浓缩电解质上。到目前为止，只研究了几种低浓度电解质配方，在先进的可充电电池中表现出更好的性能。基于常见的电解质组分，中南大学吴飞翔教授提出了一种用于LiCoO2||Li电池的新型低浓度电解质（LCE），采用由溶剂化于碳酸氟乙烯酯（FEC）和碳酸甲乙酯（EMC）中的0.2M六氟磷酸锂（LiPF6）组成。结果显示，这种低浓度电解质显著提高了Li||Li对称电池和高压LiCoO2||Li电池的电化学性能。相关工作以“A Low-Concentration
Electrolyte for High-Voltage Lithium-Metal Batteries: Fluorinated Solvation Shell
and Low Salt Concentration Effect”为题发表在国际著名期刊Angewandte
Chemie International Edition上。要点1. 这种新型的电解质是由溶剂化于碳酸氟乙烯酯（FEC）和碳酸甲乙酯（EMC）中的0.2
M六氟磷酸锂（LiPF6）组成，体积比为1∶1。要点2. FEC是一种典型的氟化溶剂，用于构建具有高LiF含量的均匀且坚固的SEI层，这是由于FEC的较低LUMO和强吸电子的含F基团特性带来的优先还原。由于更高的还原电势和更好的SEI膜形成工艺，EMC比DMC更适合与FEC配对。更重要的是，LCE可以大大减少电解质的分解，抑制电解质和锂金属阳极之间的副反应，并减轻SEI结构的破坏。因为LCE中较少的盐产生较少的分解产物（如POxFy）和较少的氟化氢（通常会腐蚀SEI）。此外，富含LiF且坚固的SEI可以诱导均匀的Li+沉积并抑制锂金属阳极的枝晶生长。要点3. 与由碳酸亚乙酯（EC）和碳酸二甲酯（DMC）中的1 M
LiPF6和EC和DMC中的0.2 M LiPF2组成的商用电解质相比，LCE显著提高了Li||Li对称电池和锂金属电池的循环稳定性。Li||Li电池的循环寿命达到约2000小时，在1mA cm-2的电流密度下具有极低的过电位。LiCoO2||Li电池在0.5℃下300次循环后表现出91.1%的高容量保持率，并且在10℃下表现出优异的倍率性能，相当大的比容量为100mAh g-1该工作揭示了在溶剂化结构中引入含氟溶剂和低盐浓度效应的协同作用机制，导致富含LiF、均匀且坚固的固体电解质界面层和较少的不利分解产物。图2. LiCoO2||Li电池在不同电解质中的电化学性能。图4. 不同化学储能系统的示意图，其SEI形成过程，以及使用各种电解质的锂金属电池的长期循环性能：（a）EC/DMC中的1 M LiPF6，（b）EC/DCC中的0.2 M LiPF4和（c）FEC/EMC中的0.2 M
LiPF6。A Low-Concentration Electrolyte for
High-Voltage Lithium-Metal Batteries: Fluorinated Solvation Shell and Low Salt
Concentration Effect
Rongyu
Deng, Fulu Chu, Felix Kwofie, Zengqiang Guan, Jieshuangyang Chen, Feixiang Wu*DOI: 10.1002/anie.202215866
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