华科谢佳/曾子琪AFM：含氟化共溶剂的碳酸酯电解液助力高压锂金属电池

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含氟溶剂成为提高锂金属电池（LMB）性能的一种有前途的策略，然而其中的大多数容易产生腐蚀性HF并使电极界面恶化，从而导致过渡金属（TM）离子从正极到负极的有害交叉效应。

在此，华中科技大学谢佳教授、曾子琪等人进一步探索了氟苯（FB）和1,3,5-三氟苯（TFB）作为碳酸酯基稀释高浓电解液（DHCE）的共溶剂用于平衡HF和LiF的形成，以实现高压LiNi_0.7Co_0.1Mn_0.2O₂（NCM712）和LiCoO₂（LCO）电极的稳定循环。

作者证明优化的电解液（F-T2-DHCE）由于β-氢辅助脱氟的过渡态的高势能垒和β-位氢的高键能而不利于产生腐蚀性HF，因此提高了长期存储的稳定性。

此外，作者发现设计的F-T2-DHCE加强了LiF的形成，抑制了NCM712表面的相变和重构，缓解了TM溶解消耗活性Li且有效地减轻了应变和裂纹的形成。因此，F-T2-DHCE同时对两个电极表现出优异的界面稳定性，尤其是在高截止电压下。

图1. 正极与不同电解液之间的界面化学

因此，在锂金属负极（LMA）方面，F-T2-DHCE中测试的Li-Cu表现出显著的初始库仑效率（ICE：98.6%）和平均CE（99.3%），表明其与LMA具有很好的相容性。在高压正极侧，基于F-T2-DHCE组装的Li-LCO和Li-NCM712电池在一系列高截止电压下显示出优异的循环稳定性。

更令人印象深刻的是，Li-NCM 712纽扣电池在严格条件下（正极面积容量为3.6 mAh cm^-2、锂箔厚度为50 µm、E/C比为3 g Ah^-1）实现了100次的稳定循环和95%的容量保持率。同时，基于F-T2-DHCE的4.4 V Li-NCM 712软包电池在实际条件下可提供稳定循环（80次循环后容量保持率为80%），实现了>370 Wh kg^-1的能量密度。

总之，这项工作提出了一种简单但有前途的策略，通过抑制HF的形成但加强LiF的形成来避免有害交叉效应的问题，为下一代高能量密度LMB指明了有前途的方向。

图2. Li-NCM 712纽扣/软包电池的长期循环性能

Juggling Formation of HF and LiF to Reduce Crossover Effects in Carbonate Electrolyte with Fluorinated Cosolvents for High-Voltage Lithium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202212000

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