姜智鹏/李永涛教授 AFM: 安全的醚电解质可支持高倍率锂金属电池

高能量密度锂金属电池（LMB）在未来的储能系统中具有巨大的潜力，但其循环稳定性差，安全问题严重，尤其是在高倍率条件下。在电解液中添加含氟化溶剂可有效提高锂金属阳极（LMA）的稳定性，并改善LMB的安全性。然而，大量引入含氟溶剂不利于锂离子（Li+）的传输，从而对LMB的速率性能产生负面影响。在此，我们设计了一种安全的醚电解质（SEE），它既具有高锂离子传导性和不可燃性，又能保持与LMA的高度兼容性。使用SEE的Li–LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811)  电池可表现出卓越的电化学性能，在高达30 C的速率下可提供113.1 mAh g-1 的放电容量，并且在10 C 下循环300 次后仍能保持90%的初始容量。此外，与SEE组装的实际Li-NCM811全电池在3 C下实现了稳定循环。

图文简介

使用不同电解质比较LMBs的性能和相应的可燃性测试的示意图。a，d ) CCE，b，e ) AFE和c，f ) SEE。

a )各种电解质的LSV图和b ) Li+电导率；c )所研究电解质的拉曼光谱；d ) MD模拟快照单元；e )部分Li +溶剂化结构；f )相应的SEE径向分布函数。颜色：Li、粉红色；O，红色；H，白色；C，淡蓝色；N，蓝色；B，黄色；F，绿色；P，深绿色。

a )倍率和b )使用不同电解液的Li-Li对称电池的长期循环测试。c )采用不同电解液的Li-Cu半电池测试。(测试条件: 1 mA cm-2 , 1 mAh cm -2)。使用d ) CCE，e ) AFE和f ) SEE对沉积的Li进行侧视SEM成像。(沉积条件为0.5 m A cm-2 , 3 mAh cm -2) . g )使用所研究的电解液沉积Li的XPS元素分布。h )使用SEE沉积Li的TOF-SIMS 3D视图。

a )采用不同电解液对Li-NCM811电池进行倍率和长期循环测试。(测试条件分别为0.5 C , 1 C , 5 C , 10 C , 20 C , 30 C和10 C / 10 C , 3.0-4.4 V , 1 C = 180 mA g -1).b )和d )是Li-NCM811电池使用SEE的相关电压曲线。使用所研究的电解液循环NCM811阴极的TG-DTG曲线。e ) CCE，f ) AFE，和g ) SEE。

a )所研究电解质的Tafel图。根据使用不同电解液的Li - Li对称电池的温度依赖性EIS图，比较了Arrhenius拟合线和相应的活化能。b) EaSEI, c) EaCT.d ) 使用所研究电解质的Li-NCM811全电池循环性能。(8.2 mg cm−2, 50 µm Li, 3 C/3 C, 3.0–4.4 V, 1 C = 185 mA g−1)。e)Li-NCM811电池在SEE循环试验中的相关电压分布图。

论文信息

通讯作者：Zhipeng Jiang, Yongtao Li