在《科学中国化学》杂志上发表的一项研究中,氟化环状碳酸酯(DFEC)作为SEI形成添加剂被引入到醚电解质中。改性电解质可以改善锂金属负极的界面,实现LMBs的高效率和长循环稳定性。

定制富氟固体电解质界面以提高锂金属电池的长循环稳定性

由于锂金属负极的高比容量(3860mAhg-1)和低电极电位(-3.04Vvs.SHE),LMB被认为是最有前途的下一代电池系统。

然而,锂负极与电解液的副反应、锂枝晶的生长以及锂负极严重的体积效应等限制了LMBs的发展,导致其库仑效率(CE)低,循环寿命差。稳定的固体电解质界面(SEI)是LMBs实现高效率和长循环稳定性的关键。

通过电解液优化调整SEI被认为是改善锂金属负极界面的一种低成本且有效的方法。因此,设计能够形成稳定SEI的电解液配方至关重要,关键在于溶剂和成膜助剂的选择。

最近,陈仁杰教授和季倩教授提出了一种醚-酯混合电解质,其中将反式二氟碳酸亚乙酯(DFEC)作为成膜添加剂引入到醚电解质中。首先,醚类电解质与金属锂具有良好的抗还原稳定性。其次,由于DFEC的LUMO能级较低,它可以在初始循环中优先被还原,在锂金属负极上形成富含LiF的SEI。

富含LiF的SEI可以抑制锂枝晶的生长,减轻副反应,并诱导致密的锂沉积。由于上述优点,使用改性电解质的LMBs表现出高效率和稳定的循环性能。北京理工大学研究生薛天阳为该论文的第一作者,陈仁杰教授、季倩教授和郭兴明教授为通讯作者。

因此,对于设计电解质以提高LMB的高效率和长循环稳定性,出现了一些启示。这项工作探索了LMBs的界面化学,并为进一步研究LMBs的新型电解质系统提供了重要的见解。