高壓鋰金屬電池(LMBs)對電解質(zhì)與腐蝕性電極的匹配提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，特別是在低溫下。

在此，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院成會明院士團(tuán)隊通過對Li⁺溶劑化結(jié)構(gòu)的合理修改，以擴(kuò)展傳統(tǒng)電解質(zhì)的電壓和溫度工作范圍。

對離子-離子和離子-偶極相互作用以及溶劑的電化學(xué)窗口進(jìn)行了定制，以提高電解質(zhì)的氧化穩(wěn)定性和去溶劑化動力學(xué)，同時，在兩個電極上形成堅固而有彈性的富含B和F的界面相。

圖1. 不同電解質(zhì)的SEI結(jié)構(gòu)及鋰沉積形態(tài)

簡而言之，本文通過調(diào)整Li⁺的溶劑化結(jié)構(gòu)，設(shè)計了每個組分的電化學(xué)窗口、與Li⁺的相互作用以及電解質(zhì)的介電常數(shù)，開發(fā)了一種對鋰金屬負(fù)極和高壓正極穩(wěn)定的超高壓電解質(zhì)。此外，優(yōu)化溶劑化結(jié)構(gòu)不僅提高了整體電解質(zhì)的穩(wěn)定性，而且有助于在兩電極上構(gòu)建穩(wěn)健和彈性的界面層。

結(jié)果表明，采用所設(shè)計的電解液，Li||LiNi_0.5Mn_1.5O₄電池（90次循環(huán)后保留率為2.400%）和Li||LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ （NCM622） 電池（74 次循環(huán)后保留率為 0.200%）在 4.9 V 的超高電壓下穩(wěn)定循環(huán)。

此外，NCM622電池在-20°C下可提供143.5 mAh/g的可觀容量，顯示出巨大的實(shí)際應(yīng)用潛力。因此，該策略對高壓LMBs的進(jìn)一步優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。

圖2. BFF13電解質(zhì)的電化學(xué)性能

Stable Operation of Lithium Metal Batteries with Aggressive Cathode Chemistries at 4.9 V.?Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI: 10.1002/anie.202300966