高温锂金属电池！复旦王飞Angew：环醚基深共熔电解质

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-12-30 08:18

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深共熔电解质（DEE）已成为解决锂金属电池在高温下的不稳定性和安全性问题的一种创新方法，然而在实际应用中，共晶混合物与电极之间常常存在不理想的不相容性，而且由于锂离子浓度升高，DEE的还原稳定性也不足。

在此， 复旦大学王飞团队 利用弱溶剂化四氢吡喃（THP）溶剂设计了一种新型DEE。研究显示，由于THP和浓缩双（三氟甲磺酰基）酰亚胺锂（LiTFSI）的高抗还原性，该深共熔电解质展现出与锂金属负极更强的相容性，以及对LiMn₂O₄正极的高温耐受性。Li||LiMn ₂ O ₄ 电池（1.6 mAh cm ^-2 ）在室温下600次循环后显示出96.02%的高容量保持率。

此外，该种Li||LiMn ₂ O ₄ 电池在高温下表现出卓越的性能，在120次循环后容量保持率高达91.72%，在55 °C的高温下储存240小时后自放电率低，这对LiMn2O4正极至关重要。

图1. 深共熔电解质的设计原则

总之，该工作证明了一种基于THP的弱溶剂化DEE可以提高LMO正极和锂金属负极在高温下的稳定性。研究显示，通过TFSI阴离子和THP之间的相互作用，这种弱溶剂化溶剂实现了超高浓度，从而将电化学窗口扩大到5.4 V，并最大限度地减少了LMO和电解质之间的副反应。

此外，制备的DEE可以诱导稳定的电极-电解质界面的形成，并缓解过渡金属溶解引起的结构退化。使用这种DEE，Li||LMO电池在室温下循环600次后容量保持率高达96.02%，在55 °C下循环120次后容量保持率达到91.72%，远远超过稀释的THP电解质和CCE。因此，该项研究为LMBs用DEE的开发提供了一条新途径。

图2. 使用LiTFSI-THP电解质的Li||LMO电池的高温性能

Weakly Solvating Cyclic Ether-Based Deep Eutectic Electrolytes for Stable High-Temperature Lithium Metal Batteries, Angewandte Chemie International Edition 2024 DOI: 10.1002/anie.202419653