张强/张云AEM：高电压金属锂电池的准局部高浓度电解质

由于与金属锂的相容性和电解质的氧化稳定性差，使得商业酯基电解质不能用于高压金属锂电池。

在此，清华大学张强教授、四川大学张云教授团队提出了一种准局部高浓度电解质（q-LHCE），即用具有弱溶解能力的氟化类似物（碳酸氟乙烯酯（FEC）、2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯（FEMC））部分取代传统LiPF₆基碳酸酯类电解质中的溶剂。q-LHCE能够形成一个富含阴离子的溶剂化鞘，其功能类似于LHCE，但不同之处在于弱溶解性助溶剂在溶剂化结构中的部分参与。

图1. 物理化学特性

具体而言，该工作提出了一类q-LHCE用于高压LMB。在基于LiPF₆的EC-DMC-EMC电解质中，弱溶解性溶剂（FEC，FEMC）的置换使得更多的阴离子参与到溶剂化鞘中，在锂金属负极和LCO表面形成坚固的SEI和CEI层。丰富的无机界面层不仅有效地抑制了有害锂枝晶的生长，而且缓解了LCO正极在高压运行下的不可逆相变和过渡金属的溶解。因此，在酯类电解质中，基于q-LHCE的电池能够实现98.8%的平均锂镀层/剥离CE。

此外，基于高负载的LCO（≈3.5 mAh cm⁻²）的高压LMB即使在低N/P比（2.5）、宽温度范围内（45、25和-20 °C）仍表现出优异的循环稳定性。此外，该q-LHCE使得石墨|LCO小软包电池能够以83.5%的容量保持率运行500次以上，甚至在5.0V的超高截止电压下，Li||LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 电池仍具有较长循环寿命。总之，该种电解质设计策略为实用高能二次电池系统的突破带来了巨大的希望。

图2. 不同电解质的高压电化学性能

Quasi-Localized High-Concentration Electrolytes for High-Voltage Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202301396

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张强/张云AEM：高电压金属锂电池的准局部高浓度电解质

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