赵天寿院士/李一举EES：溶剂分子重构策略实现4.6 V高压醚基电解液

开发与锂金属负极（LMA）高度相容且耐高压的电解液对于高能量密度锂金属电池（LMB）至关重要，目前已有局部高浓电解液（LHCE）的相关报道。但是，LHCE往往需要极高的盐溶剂比（SSR；SSR≥1:2）。因此，在不牺牲电化学性能的情况下降低SSR是一项巨大的挑战。

在此，香港科技大学赵天寿院士、李一举等人提出了一种创新的溶剂分子重构策略，以构建具有低SSR（1:3.6）的基于1,3-二氧戊环（DOL）的“局部中浓度电解液”。具体过程如下：首先，游离DOL在LiFSI引发剂的作用下形成链状PDOL。

将DOL溶剂部分转化为PDOL后，在上述体系中加入LiTFSI抑制DOL的进一步聚合并降低PDOL的结晶度，从而保持良好的离子导电性。

最后，在上述混合物中加入TTE获得均质电解液（Hybrid-DOL/PDOL-TTE）。

研究表明，将游离DOL溶剂分子部分重构为聚醚可有效降低不稳定的未配位DOL比例，从而提高电解液的固有高压稳定性。更重要的是，游离DOL溶剂分子的清除和重构诱导形成了具有较低LUMO和HOMO的更有利的富含阴离子的离子-溶剂构型，可有效钝化正极和具有高含量无机氟化物/弹性聚醚衍生物的负极。

图1. LMA的电化学性能和循环后形态成分分析

得益于独特的溶剂化结构，所获得的均质电解液即使具有1: 3.6的低SSR，也表现出与LMA和高压正极（~4.7 V）的出色界面稳定性。具体而言，基于Hybrid-DOL/PDOL-TTE的Li|Cu非对称电池可稳定运行1800小时以上并在 450~900次循环中的平均CE高达99.2%，这是近年来报道的一些使用HCE和全氟溶剂的研究中最高的结果。

此外，即使在0.12 C、4.6 V的高截止电压下，基于Hybrid-DOL/PDOL-TTE的Li|NCM622电池也可稳定运行。同时，组装的实用Li|NCM622软包电池也可在4.6 V的高压下稳定循环60次，并可获得最高达347.1 Wh kg^-1的高能量密度。总之，这项工作的结果展示了新的溶剂分子重构策略在开发高压LMB中具有低SSR的先进电解液方面的有效性。

图2. 实用Li|NCM622软包电池的电化学性能

A Solvent Molecule Reconstruction Strategy Enabling a High-Voltage Ether-based Electrolyte, Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/D2EE02344J

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