​AEM：六丁基环己烷-1,2,3,4,5,6-六亚胺添加剂辅助酯类电解质实现4.7V高稳定锂金属电池

高能密度电池的开发对于各种应用至关重要。然而，超过4.5V的电解质稳定性不足阻碍了许多高容量材料的利用。

在此，江苏师范大学赖超、屠兴超以及徐州纳烯新材料研究院有限公司孙闯等人提出了一种简单而高效的策略，以克服这一限制，并在使用商用酯类电解质时提高高压锂金属电池界面的稳定性。

具体而言，该工作设计了一系列电解质添加剂，旨在逐步延长环己烷-1,2,3,4,5,6-六亚胺（CHHI）末端烷基的长度。在这些添加剂中，六丁基环己烷-1,2,3,4,5,6-六亚胺（HBCHHI）因正丁基和亚氨基的协同互补而表现出卓越的性能。这种协同效应可形成更薄、更致密、富含 LixN 的固体/正极-电解质界面。

因此，电解质与电极之间的相互作用得到了抑制，从而使锂离子电池（NCM811）能在 4.7 V 的高压下工作。在以 5C 的倍率下循环 500 次后，高压锂离子电池的容量保持率提高了 ≈250%。在正极高负载 ≈2.5 mAh cm^-2 的准实用条件下，全电池的寿命也得到了延长。

图1. 物相表征

总之，该工作通过对 CHHI 中末端烷基链的改性，获得了一系列用于高压 LMB 的类似添加剂。结合理论计算和电化学分析，研究人员成功地确定了负极和正极的显著改性效果。负极方面，在 SEI 中加入致密的Li_xN层有利于锂离子的均匀传输和沉积。在电流密度为 1 mA cm^-2和面积容量为 3 mAh cm^-2的情况下，这种改性使得Li||Li对称电池的循环寿命显著稳定地超过了 500 小时。关于 NCM811 正极，含Li_xN的 CEI 有效抑制了不良的电极/电解质相互作用。

因此，它缓解了正极材料内部结构退化的问题。因此，在准实用条件下（高阴极质量负载≈2.5 mAh cm^-2），Li||NCM811电池在 3.0-4.7 V（V vs Li/Li⁺）的高工作电压窗口内表现出较长的使用寿命。该工作为提高在更高电压下工作的商用电解质的性能和稳定性提供了宝贵的见解和指导。

图2. 电池性能

Hexabutylcyclohexane-1,2,3,4,5,6-hexaimine Additive-Assisted Commercial Ester Electrolyte for 4.7 V Highly-Stable Li-Metal Batteries，Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302747