腈类高盐浓度电解液促进高比能锂金属电池发展

近日，发表在《Advanced Functional Materials》期刊上的一项研究成果显示，美国太平洋西北国家实验室张继光教授、许武教授课题组与中国科学院宁波材料技术与工程研究所王德宇研究员和彭哲副研究员共同合作，首次开发出了应用于高比能锂金属电池的腈类高盐浓度电解液。

腈类有机物是一类具有电位窗口高、不易燃、闪点高、液程宽和不易产气等优点的电解质体系，目前已被广泛应用于超级电容器，但由于腈类电解质与金属锂负极间无法形成有效的SEI膜，限制了腈类溶剂作为电解液在锂金属电池的应用。

为突破这一局限，已有很多研究人员希望通过向电解液体系中引入多种锂盐，调控锂盐中阴离子的组成及锂离子浓度，以在锂金属负极界面形成有效SEI，并通过高浓度离子限制游离腈类有机物与锂盐的直接接触，来获得一种对锂金属稳定并不含有传统碳酸酯类溶剂的高安全电解液。

此项研究中，研究人员提出使用基础的成膜添加剂，碳酸亚乙烯酯结合高盐浓度体系中锂盐与溶剂的强配位效应，通过盐浓度调控对还原过程的影响，制备了一种优化的乙腈高盐浓度电解液体系（LiFSI:AN:VC, LAV体系），并最终在锂金属表面形成了基于聚碳酸酯和氟化锂交联的稳定界面膜。

这种高盐浓度电解液不但兼具了腈类溶剂的高氧化稳定性，同时对锂金属的库伦效率可达99.2%以上，且具有优异的大电流性能，能在4 mAcm^-2的电流密度下实现致密的锂金属沉积。

使用腈类高盐电解液，可实现高负载（2 mAh cm-2以上）4.5 V锂金属电池的稳定循环，对实现锂金属负极的安全利用，促进高比能李金属电池的发展具有十分重要的意义。

参考文献：Zhe Peng, Xia Cao, Peiyuan Gao, Haiping Jia, Xiaodi Ren, Swadipta Roy, Zhendong Li, Yun Zhu, Weiping Xie, Dianying Liu, Qiuyan Li, Deyu Wang,* Wu Xu,* and Ji-Guang Zhang,* High-Power Lithium Metal Batteries Enabled by High-Concentration Acetonitrile-Based Electrolytes with Vinylene Carbonate Additive. Adv. Funct. Mater. 2020, 2001285. DOI: 10.1002/adfm.202001285