中国研究人员开发出耐高压电解液 用于超高压锂金属电池

据外媒报道，中国研究人员开发出一种用于超高压锂金属电池的耐高压HV电解液。据悉，Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）电池可在零下30℃至70℃的宽工作温度范围内工作，且分别在4.7 V和4.8 V的超高截止电压下循环160次和100次后，新电解质的循环后容量保持率分别为95.1%和85.7%。

具有薄（50 μm）锂金属阳极和贫电解质的Li||NCM811电池在150次循环后容量保持率为89.2%，因此在高能量密度电池的实际应用中具有很高的潜力。

随着电动汽车、储能和便携式电子产品对高能量密度（≥350 Wh kg-1）可充电电池的需求不断增加，开发新型电化学系统对于克服商用锂离子电池（LIBs）的缺陷非常有必要，尽管极具挑战。由于能量密度与比容量和工作电位高度相关，因此增加电极容量和/或提高工作电压是获得具有更高能量密度的可充电电池的最有希望的策略。

在阳极方面，锂金属具有超高比容量（3860 mAh g-1）和超低氧化还原电位（-3.04 V vs标准氢电极），是替代商业石墨（372 mAh g-1）的理想阳极之一。在阴极方面，通过提高主流阴极材料（如LiNixCoyMnzO2，x+y+z=1）的截止电压（> 4.5 V），以及开发新型材料，如富锂层氧化物和具有改进容量（> 250 mAh g-1）的高电压尖晶石氧化物，均可显著提高能量密度。

然而，与开发新型材料相比，提高商用阴极的截止电压更容易且更有效。因此，开发高压锂金属电池（LMB）近日引发了广大关注。然而，商用碳酸亚乙酯（EC）基电解质与超高压下的阴极和锂金属阳极的相容性较差。

例如，随着镍含量的增加，富镍层氧化物（如LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811））表现出更严重的结构不稳定性，包括过渡金属溶解、相变和离子混合，尤其是在超高电压下。高压下阴极表面的腐蚀性Ni4+与EC基电解质发生反应，导致阴极-电解质界面（CEI）变得不稳定和产生过度生长，从而导致阴极性能稳步下降。同时，基于EC的电解质容易在锂金属上被还原，导致形成不均匀且不稳定的固体电解质界面（SEI），从而导致锂枝晶的形成、容量衰减和低库仑效率（CE）。

研究人员的HV电解质由1 M LiPF6在氟亚乙基碳酸酯（FEC）和双（2,2,2-三氟乙基）碳酸酯（BTC）的混合物中组成，由商用EC基电解质中的溶剂氟化产生。

与基础电解质（1M LiPF6在EC和碳酸二乙酯（DEC）的混合物中）相比，HV电解质对阴极表现出更好的氧化稳定性，与锂金属阳极的相容性更好，并且在高压LMB中具有优异的电化学动力学。HV电解质中的溶剂很容易在锂金属负极上被还原，形成富含LiF的SEI，从而抑制锂枝晶的形成。。

该HV电解液不易燃，因此可保证在高温下的稳定性和实际使用中的安全性。