研究背景
隨著電動汽車、3C電子產品等新能源市場的快速發展，以石墨 (372 mAh g?1) 為插層負極的傳統鋰離子電池已經接近理論能量密度極限，很難滿足社會進步的需求。由鋰金屬和高壓陰極組成的鋰金屬電池可以提高電池的能量密度。然而，由于鋰離子富溶劑的溶劑化結構導致鋰離子溶劑化團簇的LUMO較低，使得傳統的碳酸酯基電解質與鋰金屬的反應性很強，導致鋰枝晶的生長和死鋰的形成。并且，在陰極形成的不穩定的富有機的CEI，導致電解液的氧化分解以及過渡金屬元素的溶解。另外，鋰離子與溶劑之間強的相互作用導致鋰離子的去溶劑化能較高，限制了電池的充放電性能。因此，作者在本工作中開發了一種陰離子參與溶劑化結構的快速去溶劑化及抗還原電解液 (TDFDT)。相比于傳統的碳酸酯電解質，TDFDT電解質與鋰金屬負極相容性明顯增強，以及更低的去溶劑化能。當鋰金屬與NCM622正極匹配組成鋰金屬電池時，循環性能和倍率性能明顯增強。這項工作為高壓鋰金屬電池電解液的設計提供了有效的策略。
工作介紹
近日，Energy Lab期刊在線發表了中南大學陳根副教授團隊關于快速去溶劑化以及抗還原電解質實現高性能鋰金屬電池最新研究論文。作者設計了一種陰離子參與鋰離子溶劑化結構的電解液，這種電解液具有以下優點：(1) 陰離子參與鋰離子的溶劑化結構提高了鋰離子溶劑化團簇的LUMO值，降低了電解液與鋰金屬之間的反應活性;(2) 鋰離子與溶劑分子和陰離子之間的相互作用減弱降低了鋰離子的去溶劑化能，從而實現電池的快速充放電;(3) 陰離子參與鋰離子的溶劑化結構可以在陰極形成薄的和富含無機物的CEI，抑制了電解液的氧化分解和過渡金屬元素的溶出。該文章題為：Rapid desolvation and anti-reduction electrolyte enables high-performance lithium metal batteries.
內容表述
圖1對電解液的溶劑化結構進行了探索，TDFDT中陰離子會參與鋰離子的溶劑化結構，而BE中PF6?幾乎不參與溶劑化結構，其中陰離子參與溶劑化結構導致溶劑化團簇的LUMO值升高，增強了電解質的還原穩定性。另外，7Li的去屏蔽效應表明鋰離子周圍的電荷密度降低，表明鋰離子與溶劑和陰離子的相互作用減弱，這會降
聲明：
“陳根教授Energy Lab：快速去溶劑化以及抗還原電解質實現高性能鋰金屬電池” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：中南大學
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2025年07月09日 ~ 11日 
