然而，锂金属阳极的实际应用却因其较差的可循环性而受到阻碍。由于锂金属循环过程中的体积波动很大，SEI容易破裂，导致枝晶生长和加速的锂腐蚀，并引发安全隐患。然而，这方面仍需进一步改进来使高能量锂金属电池具有实际的循环寿命。电解液工程是提高锂金属循环性能的有效途径之一。
锂（Li）金属因其具有低电极电势（相对于标准氢电极为-3.04 V）和高比容量（3860 mAh g-1）而成为高能电池系统的最终阳极选择。然而，锂金属阳极的实际应用却因其较差的可循环性而受到阻碍。金属锂与电解质之间不可避免的反应会导致化学和机械上易碎的固体电解质中间相（SEI）的形成。由于锂金属循环过程中的体积波动很大，SEI容易破裂，导致枝晶生长和加速的锂腐蚀，并引发安全隐患。为解决该问题，已经提出了各种策略，包括开发人工涂层和设计3D多孔框架作为锂金属的“主体”。然而，这方面仍需进一步改进来使高能量锂金属电池具有实际的循环寿命。电解液工程是提高锂金属循环性能的有效途径之一。新的电解液配方改变了锂离子的溶剂化环境，实现了均匀的锂沉积形态，提高了SEI稳定性和循环库仑效率（CE）。多种设计策略已被报道，例如浓缩电解质（HCE）、局部高浓度电解质（LHCE）、双盐电解质、全氟电解质和液化气体电解质。虽然这些策略使锂金属电池的循环时间更长，但进一步提高循环稳定性和成本效率仍然需要改进。
鉴于此，来自于美国斯坦福大学的崔屹教授和鲍哲南教授设计并合成了比氟化1,4-二甲氧基丁烷(FDMB)具有更长的-CF2-主链的1,6-二甲氧基己烷（FDMH），在保持锂离子溶剂化能力的同时，进一步提高了稳定性。该研究以题为“Dual-Solvent Li-IonSolvation Enables High-Performance Li-Metal Batteries”的论文发表在最新一期《Advanced Materials》上。文章亮点：(1) 使用1,2-二甲氧基乙烷(DME)作为共溶剂，其最佳配比 (vFDMH:vDME = 6:1)可在不影响电解质稳定性的情况下有效降低离子电阻和界面电阻。(2) 使用这种1 M LiFSI/6FDMH-DME的电解质，可以获得高的锂循环库伦效率(99.5%)和氧化稳定性(6 V)，并大大降低了锂循环过电位。组装的 Li||NMC532纽扣电池可以持续250个循环后仍具有 84%的容量保留率。(3) 分子动力学（MD）模拟证实了在多种阴离子的参与下，锂离子被FDMH和二甲醚溶剂化，形成了阴离子衍生的固体电解质中间相，导致了最终性能的提高。作者也通过低温透射电子显微镜（Cryo-TEM）和X射线光电子能谱（XPS）进一步得到了证实。
图1 FDMB模拟分子和电解质配方筛选
图2 使用1 M LiFSI / 6FDMH-DME电解质的电化学性能测试文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008619
原文刊载于【高分子科学前沿】公众号
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