近日， 馬里蘭大學(xué) 王春生教授 通過1,2-二甲氧基乙烷的甲基化設(shè)計(jì)了一系列無氟溶劑，它們可通過陰離子還原促進(jìn)無機(jī)富LiF界面形成，并實(shí)現(xiàn)高氧化穩(wěn)定性。 研究顯示，陰離子衍生的LiF界面能抑制鋰陽極上的鋰枝晶生長，并在高壓運(yùn)行下最大限度地減少陰極開裂。此外，這項(xiàng)工作通過原位技術(shù)和模擬研究了Li ⁺ -溶劑結(jié)構(gòu)，并得出界面組成與電化學(xué)性能之間的相關(guān)性?？傮w而言，甲基化策略為電解液工程提供了向高壓電解液發(fā)展的替代途徑，同時(shí)降低了對(duì)昂貴的氟化溶劑的依賴。

文章要點(diǎn)：

1. 這項(xiàng)工作通過選擇性甲基化DME α-H原子來評(píng)估一系列溶劑，以調(diào)節(jié)分子的溶劑化能力、離子傳輸、Li ⁺ 去溶劑化速率和電化學(xué)穩(wěn)定性。

2. 通過原位拉曼光譜、一維多核和二維異核核磁共振光譜以及分子動(dòng)力學(xué)模擬，作者證明了2.0 M LiFSI-DEP電解液以聚集體為主的溶劑化結(jié)構(gòu)。

3. 研究發(fā)現(xiàn)，單鹽、單溶劑2.0 M LiFSI/1,2-二乙氧基丙烷（DEP）電解液可使鋰沉積/剝離CE達(dá)到約99.7%。當(dāng)與高壓NCA陰極配對(duì)時(shí)，還電解液實(shí)現(xiàn)了99.8%的高循環(huán)CE，經(jīng)過600次循環(huán)后保持80%的容量。此外，具有5 g Ah _E ^?1 貧電解液（4.0 mAh cm?2，N/P = 1）的100 mAh Li||NCA（4.0 mAh cm ^?2 ，N/P = 1）軟包電池在150次循環(huán)后保持95%的容量。

3. 最后，2.0 M LiFSI/DEP電解液使無陽極的Cu||NCA（4.0 mAh cm ^?2 ，N/P = 0）紐扣電池實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的250次循環(huán)。

4. 這項(xiàng)工作提出的甲基化方案為鋰金屬電池提供了一種設(shè)計(jì)策略，該策略既穩(wěn)定了鋰金屬陽極和NCA陰極，又不會(huì)犧牲離子電導(dǎo)率、增加成本或造成環(huán)境問題

圖1 對(duì)DME分子進(jìn)行甲基化設(shè)計(jì)以提高電化學(xué)性能

圖2 使用不同溶劑的2.0M LiFSI電解液的電化學(xué)性能

圖3分子動(dòng)力學(xué)研究

圖4 全電池性能

原文鏈接： https://doi.org/10.1038/s41557-024-01497-x