伽龙/马吉伟AEM：锂金属电池用电解液添加剂阴离子的通用选择原则

将电解液添加剂中的阴离子引入到锂离子的溶剂化结构中是构建长寿命锂金属电池（LMBs）的一个有前景的策略。然而，对与阴离子有关的锂离子溶剂化的不充分了解，阻碍了探索新的阴离子添加剂。

图1 电解液设计及表征

华中科技大学伽龙、同济大学马吉伟等选择硝酸盐阴离子（NO₃-）为例，研究了新引入的阴离子对Li⁺溶剂化结构的影响。实验和模拟结果表明，NO₃-阴离子降低了Li⁺溶剂化簇的静电势，特别是对于溶剂化的溶剂，这改善了电解液对Li负极的稳定性，提高了Li沉积/剥离的可逆性。

然而，这样的结论对所有阴离子添加剂来说并不普遍。随着对更多新阴离子的进一步研究，如六氟磷酸盐（PF₆-）、二氟（草酸）硼酸盐（DFOB-）、双氟磺酰酰胺（FSI-）、高氯酸盐（ClO₄-）、双三氟甲磺酰亚胺（TFSI-）、硫酸十二烷基酯（SDS-）和六氟硅酸盐（SiF₆-），作者确认只有具有较高结合能和较小离子尺寸的阴离子才具有提高锂稳定性和可逆性的能力。

图2 Li||Cu和Cu||LFP电池的电化学特性分析

基于上述发现，这项工作提出了一个新的选择原则，基于阴离子大小与对Li⁺的结合能的相对比率，定义为阴离子选择系数（单位：Å³ eV^-1），并以此发现一种新的六氟硅酸盐阴离子对LMBs有益。采用LiSiF₆电解液的Cu||LFP电池在50次循环后也能实现52%的容量保持。这项工作为筛选新的阴离子添加剂提供了指导，为实现下一代长寿命LMB铺平了道路。

图3 阴离子添加剂的选择原则

Rational Anion Selection of the Electrolyte Additive for Highly Reversible Lithium Plating/Stripping. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300936

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伽龙/马吉伟AEM：锂金属电池用电解液添加剂阴离子的通用选择原则

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