李和兴/闵宇霖AFM：耐-40 °C超低温的新型碳酸酯电解液

锂金属电池(LMBs)仍然受到锂枝晶生长和低温下溶剂化结构的限制。稳定的固体电解质界面（SEI）和溶剂鞘结构是液态金属电池未来的发展方向。然而，大多数人工SEI和电解质无法满足高电导率和低成核电位多功能设计的最初目标。

上海电力大学李和兴、闵宇霖等报道了一种耐高电流密度和具有低温性能的新型碳酸酯电解液。

图1 改性电解液作为界面改性剂稳定锂金属负极

这里通过添加4,4′-磺酰二苯酚（FS）和全氟正丁基磺酰氟（PBF）来改变碳酸酯电解液的溶剂鞘结构，从而衍生出富氟（LiF）SEI界面层(改性电解液称为PBF-FS-LPF₆)。FS作为一种高效的路易斯碱，可大大提高LiPF₆的稳定性，从而避免HF的形成。

此外，新型碳酸酯电解液可以提高电解液在低温下的电化学稳定性和离子电导率，并避免由于锂和SEI之间的强键合导致界面断裂。因此，PBF-FS-LPF₆电解液可使锂金属负极实现高CE和优异的循环稳定性。

图2 Li||Cu电池和对称电池性能

实验显示，Li|| Cu电池可以在30 mA cm^-2和5 mAh cm^-2下稳定循环近30次，在-30°C的恶劣环境下，Li||Cu电池在200次循环中平均CE仍达到98%。

此外，即使在-40 °C下，Li||LiFePO₄全电池在正极极限面积容量(5 mAh cm^-2)下经过100次循环后仍能保持90%的容量，而且在30℃时，Li||LFP电池在5C时可稳定循环1200次，容量保持率达到93.5%。考虑到添加剂的优异性能和简单的制备工艺，该研究为开发具有富氟界面和溶剂鞘结构的下一代低温LMBs提供了新的机遇。

图3 全电池性能

The Fluorine-Rich Electrolyte as an Interface Modifier to Stabilize Lithium Metal Battery at Ultra-Low Temperature. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202112764

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李和兴/闵宇霖AFM：耐-40 °C超低温的新型碳酸酯电解液

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