​山大AEM：良好的溶剂化和高惰性的不对称氟化电解质分子设计实现稳定的锂金属电池

电解质分子工程，尤其是对称氟化电解质分子，被认为是解决传统非氟化电解质分子稳定性不足，从而稳定高能量锂金属电池（LMB）的有效方法。然而，对称氟化电解质分子的弱溶解性和低离子电导率，以及电解质衍生的低离子电导率不稳定中界面的形成，是限制对称氟化电解质应用于提高锂金属电池性能的主要挑战。

在此，山东大学陈皓、刘宏、桑元华等人提出了一种非对称氟化电解液分子设计，将分子一侧的高惰性氟化结构与另一侧的强溶剂化的非氟化结构相结合，因此，该电解液成分综合了对称氟化和非氟化电解液的优、缺点，实现了高性能锂金属电池。

该工作利用三种具有代表性的分子展示了电解液设计原理，包括传统的非氟化的酸二乙酯(noneF-DEC)，不对称氟化的（2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(asymF-DEC)，对称氟化二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(symF-DEC)。其中，asymF-DEC 电解液具有与noneF-DEC 电解液类似的强溶剂化能力和高离子电导率。同时，asymF-DEC 电解液还具有 symF-DEC 电解液的高稳定性和阻燃性。此外，symF-DEC 中的不对称氟化分子设计还形成了 LiF&Li₂O 复合负极界面（SEI） 和富含 LiF 的正极界面（CEI）结构，从而有利于正极和负极的稳定性。

图1. 电解质的溶剂化结构和动力学演变

总之，该工作提出了一种不对称氟化电解质分子设计，它结合了不对称氟化电解质和非氟化电解质的优点，同时弥补了它们的局限性。此外，不对称氟化碳酸酯电解质中烷基的另一侧没有氟化，因此具有与非氟化电解质类似的溶解能力和高离子导电性，克服了对称氟化电解质的低离子导电性问题。

这种不对称氟化电解质还有助于建立稳定、高离子电导率、溶剂和盐共衍生的相，从而成功地保护负极和正极，解决了非氟化和对称氟化电解质的界面问题。使用这种对称氟化电解质的锂金属负极库仑效率高达 98.97%，远远超过了对称氟化和非氟化电解质。

因此，该种新型非对称氟化电解质分子设计不仅能为高性能锂金属电池电解质设计中的结构-性能关系提供基础性的理解，还能为未来多种电化学反应体系提供一种广阔前景。

图2. 电池性能

Asymmetrically-Fluorinated Electrolyte Molecule Design for Simultaneous Achieving Good Solvation and High Inertness to Enable Stable Lithium Metal Batteries，Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303652