​郭玉国团队Angew.：调节阴离子-溶剂相互作用实现醚类电解液用于高压NCM811/硅氧全电池体系

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​郭玉国团队Angew.：调节阴离子-溶剂相互作用实现醚类电解液用于高压NCM811/硅氧全电池体系
将高SiOx含量材料掺入石墨负极（ SiOx-Gr负极，SiOx>50 wt%或纯SiOx负极）和富镍镍锰钴酸锂（NMC，Ni>0.6）正极的应用有利于锂离子电池具有高于350 Wh kg-1的高能量密度，而这种搭配涉及两个电极上严重的界面问题，并且需要具有增强电化学性能的新电解质。
与传统的酯基电解质相比，醚基电解质因其较高的最低未占分子轨道 (LUMO) 能级，在热力学上保证了硅基负极更好的界面稳定性。然而，典型的醚基电解质由于抗氧化能力差而无法支持富镍NMC正极，这限制了它们在高压锂离子电池中的应用。为了追求高能量密度和优异的循环稳定性的锂离子电池，迫切需要开发一种先进的醚基电解质。
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在此，中科院化学所郭玉国研究员团队设计的醚基电解质采用THF和LiNO3作为溶剂和锂盐，并进一步加入LiN(SO2CF3)2(LiTFSI)来补偿LiNO3溶解度差的问题(该电解质表示为LTN电解质)。
根据一系列表征和计算模拟，证实了阴离子-溶剂相互作用之间的增强相互作用，并发现 TFSI 进一步增强了这种相互作用，从而使电解质在与 NMC811 正极结合时具有出色的氧化稳定性。同时，醚基电解质和阴离子 SEI 的固有还原稳定性导致稳定的界面形成。
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图1. 阴离子-溶剂相互作用
总之，该工作通过合理调节醚基电解质中的阴离子-溶剂相互作用，实现了纯SiOx||NMC811全电池两个电极上的界面稳定性。由于NO3的半径小，THF的μ/ε值高，阴离子-溶剂络合物很容易在LTN电解质中形成和促进，这一点被一系列表征和计算模拟所证实。促进的阴离子-溶剂相互作用使LTN电解质具有增强的氧化稳定性，而纯SiOx负极的电化学性能也证明了醚类LTN电解质相对于EC基电解质的内在优越性。
该策略和 LTN 电解质的实用性得到了证明和证实，它在纯 SiOx||NMC811 全电池中优于传统 EC 电解质，特别是 500 次循环后容量保持率为 81.7%。上述结果证明了LTN电解质具有良好的应用前景以及在高压电解质中促进阴离子-溶剂相互作用的策略的合理性。
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图2. 不同电解质下，纯SiOx||NMC811全电池的电化学性能
Insight into Anion-Solvent Interactions to Boost Stable Operation of the Ether-Based Electrolytes in Pure-SiOx||LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 Full Cells, Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202305988

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