支春义Matter：氟化电解质用于高性能锌金属电池

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-10-07 08:18

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可充电锌金属电池（ZMB）在制造低成本、安全和高能量密度的存储系统方面很有前景。然而，ZMB在循环过程中通常会发生界面副反应和阴极溶解，导致活性材料耗尽和电池性能下降。

在此， 香港城市大学支春义、李楠等人 提出了一种新策略，即通过使用高浓度氟化电解液构建稳固的电极-电解液界面（EEIs）。研究显示，该种电解液具有高氟/氧原子比，有利于形成富含C-F键的正极-电解液界面（CEI）和以ZnF ₂ 为主导的固态电解液界面（SEI）。

基于此，该电解液不仅促进了无枝晶的锌沉积和正极的高稳定性，而且通过在有限的锌供应下实现了Zn||Mn掺杂V ₂ O ₅ 软包电池的优异能量密度和长循环性能，并且在极少量的锌补充下组装的无负极锌金属电池展现出的高功率密度和出色的容量保持率。

图1. 构建SEI和CEI的电解质设计策略

总之，该工作采用六氟异丙醇（HFIP）作为共溶剂/稀释剂，构建了锌金属电池中的局部高浓度氟化电解液。该种氟化电解液中高氟/氧原子比的有利溶剂化学性质促进了出色的富含氟的SEI和CEI的形成。

基于此，富锌氟化物的SEI使锌铜不对称电池实现了高达99.9%的库仑效率和超过3200小时的无枝晶循环。此外，富含C-F键的CEI层在ZMBs中是首次出现，有效地抑制了循环过程中正极材料的溶解和结构崩塌。利用富锌氟化物SEI和富C-F键CEI的双重贡献， Zn||MnVO软包电池在使用有限锌金属的情况下，实现了500次循环的可靠稳定性，容量保持率达到90.5%。

因此，该种高度氟化电解液的方法为后续多价金属离子系统的创新和发现提供了一种新思路。

图2. 电池性能

Dual robust electrode-electrolyte interfaces enabled by fluorinated electrolyte for high-performance zinc metal batteries, Matter 2024 DOI: 10.1016/j.matt.2024.08.002

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