得益于較高的理論比容量和極低的電極電勢，鋰金屬負極有望成為構(gòu)筑高能量密度二次電池的理想負極材料，以適應(yīng)新能源汽車的高速發(fā)展需求。然而，由于鋰金屬極高的化學(xué)反應(yīng)活性，現(xiàn)行的商用電解液極易與其發(fā)生不可控副反應(yīng)，導(dǎo)致電池較差的循環(huán)性能，甚至帶來安全隱患。
近日，復(fù)旦大學(xué)的董曉麗研究員突破常規(guī)設(shè)計理念，利用準(zhǔn)共軛效應(yīng)設(shè)計了一種新型無氟環(huán)醚溶劑（2-甲氧基-1,3-二氧戊環(huán)，MODOL）以及相應(yīng)電解液，構(gòu)筑了能適應(yīng)寬溫度范圍（–20 ~ 60 oC）工作的高性能鋰金屬電池。
常規(guī)的溶劑設(shè)計思路一般是通過引入氟原子等吸電子取代基團，以減弱溶劑的配位能力，繼而構(gòu)筑陰離子主導(dǎo)的溶劑化結(jié)構(gòu)和富無機界面層。然而這種策略也會帶來較高的成本和環(huán)境污染問題。與此相反，MODOL通過引入給電子的甲氧基基團，利用分子軌道由于空間分布所產(chǎn)生的準(zhǔn)共軛效應(yīng)，使未成鍵電子離域分散，同時結(jié)合位阻效應(yīng)，降低了分子整體的溶劑化能力。 得益于這種獨特的準(zhǔn)共軛效應(yīng)，基于MODOL的電解液具有陰離子主導(dǎo)的溶劑化結(jié)構(gòu)，并且能夠誘導(dǎo)形成陰離子衍生富無機物種的界面膜。因此，該電解液能誘導(dǎo)鋰金屬的均勻沉積，并實現(xiàn)了高達99.6%的沉積/剝離庫倫效率。 基于此，所構(gòu)筑的具有有限鋰（N/P = 2.5）的Li||LFP全電池表現(xiàn)出出色的循環(huán)穩(wěn)定性，在循環(huán)150圈后仍能保持83%的容量保持率。此外，應(yīng)用該電解液也表現(xiàn)出優(yōu)良的寬溫耐受性，可以適應(yīng)–20 ~ 60 oC的工作溫度范圍，在–20 oC的溫度下經(jīng)過110圈循環(huán)仍顯示出90%的容量保持率。這種分子設(shè)計策略為非氟化電解液工程以及高性能鋰金屬電池的構(gòu)建開辟了一條有前途的新路徑。 論文信息 Non-Fluorinated Cyclic Ether-Based Electrolyte with Quasi-Conjugate Effect for High-Performance Lithium Metal Batteries Xiao Zhu, Jiawei Chen, Gaopan Liu, Yanbing Mo, Yihua Xie, Kang Zhou, Prof. Yonggang Wang, Prof. Xiaoli Dong Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202412859
