鋰金屬電池因其高能量密度成為下一代儲(chǔ)能技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。高電壓鋰金屬電池的循環(huán)壽命高度依賴于電解液在負(fù)極和正極兩側(cè)的穩(wěn)定性。通過(guò)提高鹽和溶劑的摩爾比，如設(shè)計(jì)高濃度（HCE）或局部高濃電解液（LHCE），可以增強(qiáng)電極/電解液界面穩(wěn)定性，但這種運(yùn)用鋰離子（Li+）和溶劑配位的方法受制于鹽溶解度的制約。 基于此，浙江大學(xué)范修林團(tuán)隊(duì)提出了一種雙錨定策略，通過(guò)原子間的定向相互作用調(diào)控溶劑分子的溶劑化位點(diǎn)。這種非離子配位的方法突破了傳統(tǒng)離子配位方法固有的溶解度限制，顯著增強(qiáng)了電解液對(duì)鋰金屬負(fù)極和高電壓正極的兼容性，實(shí)現(xiàn)了高電壓鋰金屬電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定循環(huán)。
作為策略的驗(yàn)證，作者以二甘醇二甲醚（G2）作為基礎(chǔ)溶劑進(jìn)行研究。與單甘醇二甲醚（G1，即DME）相比，G2含有更多的醚氧原子，其溶劑化位點(diǎn)的調(diào)控更具靈活性。通過(guò)引入特定的錨定劑1,1,1,3,3-五氟丁烷（PFB）與1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE），來(lái)調(diào)控G2的溶劑化位點(diǎn)。具體而言，具有高負(fù)電性氟原子的PFB利用Fδ--Hδ+相互作用拉伸G2的分子鏈，使更多的Li+-G2構(gòu)型從三齒配位轉(zhuǎn)變?yōu)殡p齒配位，為陰離子進(jìn)入Li+溶劑化殼提供了更多空間，有利于陰離子衍生SEI的形成；而具有高正電性氫原子的TTE通過(guò)Hδ+-Oδ-相互作用錨定G2中未被Li+配位的自由氧位點(diǎn)，從而增強(qiáng)了G2的抗氧化穩(wěn)定性。結(jié)果標(biāo)明，使用雙錨定策略設(shè)計(jì)的G2-PFB-TTE（GPT）電解液在負(fù)極和正極側(cè)的穩(wěn)定性都得到了顯著提升。GPT電解液中鋰金屬負(fù)極的沉積/剝離庫(kù)倫效率達(dá)到99.76%，氧化電位從4.65 V提升到4.92 V。此外，采用GPT電解液裝配的30-μm-Li||2.0-mAh cm-2 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）電池在4.4 V下和4.5 V下循環(huán)壽命分別達(dá)到834次及350次。無(wú)鋰負(fù)極Cu||LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523）軟包電池（200 mAh）實(shí)現(xiàn)100次循環(huán)。 該研究展示了一種通過(guò)定向原子錨定效應(yīng)實(shí)現(xiàn)非離子溶劑化調(diào)控的新策略，為開發(fā)適用于高電壓鋰金屬電池的醚類電解質(zhì)提供了參考。 論文信息 Regulating Solvating Sites for Stable High-Voltage Lithium Metal Batteries Zeyuan Liu, Shuoqing Zhang, Haikuo Zhang, Baochen Ma, Haotian Zhu, Tao Zhou, Long Li, Xuezhang Xiao, Ruhong Li, Lixin Chen, Tao Deng, Xiulin Fan Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202506395
