AEM：局域浓缩离子液体电解质使富镍正极锂金属电池稳定循环500次！

基于富镍正极的锂金属电池(LMB)是下一代高能电池有希望的候选者。然而，高反应性电极通常与传统电解液表现出较差的界面相容性，从而导致循环性能有限。

卡尔斯鲁厄理工学院Stefano Passerini等设计了一种由双氟磺酰基亚胺锂（LiFSI）、1-乙基-3-甲基咪唑鎓双（氟磺酰基）亚胺（EmimFSI）和1,2-二氟苯（dFBn）组成的局域浓缩离子液体电解质（LCILE，[LiFSI]₁[EmimFSI]₂[dFBn]₂ (FEdF)），来克服上述挑战。

图1 FE和FEdF电解质在20 °C下的物理化学表征

作为助溶剂，由于与Li⁺的弱配位和通过π-π堆积与Emim⁺的相互作用，dFBn有效地降低了ILE的粘度并提高了Li⁺的传输能力。此外，虽然dFBn几乎未参与Li⁺溶剂化鞘层，但参与了锂金属负极(LMA)和LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂(NMC811)正极上电极/电解质界面(EEI)的形成。

在LMA上，LCILE中形成的SEI由更多的Emim⁺和FSI-分解产物组成，并且更厚，这可以保护LMA免受与电解质的副反应，从而提高它们的可逆性。在正极侧，dFBn的优先分解限制了Emim⁺和FSI-的分解，导致CEI更薄但更稳定，这促进了NMC811在LCILE中的更好循环性。

图2 锂负极表征

因此，开发的LCILE能够实现LMA的无枝晶循环，在0.5 mA cm^-2时库仑效率(CE)高达99.57%，并且使Li/NMC811电池在4.4 V下具有高循环稳定性，在C/3充电和1 C放电下经过500次循环后容量保持率为93%。

相比之下，采用不含dFBn的电解液，LMA实现了98.22%的CE，Li/NMC811电池经过500次循环后容量保持率为16%。总体而言，对配位结构、促进的Li⁺传输和EEI特性的深入了解为进一步开发用于长寿命、高能LMB的电解质提供了必不可少的基本信息。

图3 Li/NMC811电池的性能

Difluorobenzene-Based Locally Concentrated Ionic Liquid Electrolyte Enabling Stable Cycling of Lithium Metal Batteries with Nickel-Rich Cathode. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200862