震撼！鲍哲南和崔屹Nat. Energy、Nat. Mater.连着发！！

斯坦福大学鲍哲南教授、崔屹教授和秦健助理教授等人2022年1月13日，刚刚在Nature Energy上发表最新论文，该文题为“Rational solvent molecule tuning for high-performance lithium metal battery electrolytes”。

然而，仅仅过了五天，2022年1月18日！崔屹教授和鲍哲南教授等人合作又在Nature Materials上发表了最新成果！下面对这两篇文章进行简要介绍。

电解液工程改善了锂金属电池和无阳极电池在低电流密度下的循环；然而，电解液中离子传导的高速率性能和调谐是值得追求的，但研究较少。

斯坦福大学秦健，崔屹和鲍哲南合作设计并合成了一个系列的氟化1,2-二乙氧基乙烷(氟化DEE)分子作为电解质溶剂。1,2-二乙氧基乙烷(DEE)上的选定位置通过迭代调谐，用不同数量的氟(F)原子功能化，以达到库仑效率（CE）、氧化稳定性和离子传导之间的平衡。

图1. 氟化DEE溶剂族的分步设计原则。

图2. FDMB和氟化DEE电解质的离子电导率和循环过电位。

要点1. 研究发现，F原子在1,2-二乙氧基乙烷上的位置和数量对电解质的性能有很大的影响。部分氟化、局部极性的-CHF2基团比完全氟化的-CF3具有更高的离子传导，同时仍保持着良好的电极稳定性。具体来说，性能最好的F4DEE和F5DEE溶剂都含有-CHF2基团。

要点2. 与1.2 M双(氟磺酰)亚胺锂配合使用，开发出的单盐-单溶剂电解质可同时实现高电导率、低且稳定的过电位、99.5% Li||Cu半电池效率(高达99.9%，±0.1%波动)和快速活化(Li效率>99.3%两个周期内)。

要点3. 结合高电压稳定性，在真实的测试条件下，这些电解质在50-μm薄锂||高负荷NMC811全电池中大约可以循环270次，在快速循环Cu||微粒LiFePO4工业电池中大约可以循环大于140次。研究了锂离子与溶剂配位、溶剂化环境与电池性能的关系，以了解锂离子电池的结构与性能之间的关系。

图3. Li+溶剂化结构及结构性质相关性的理论与实验研究。

图4. 锂金属效率高，电压稳定。

图5. 氟化DEE电解质的概要和总体评价。

在锂负极上设计稳定的固体电解质界面对于开发可靠的锂金属电池（LMBs）至关重要。

斯坦福大学崔屹教授、鲍哲南教授和秦健助理教授等人报道了一种悬浮电解质设计，即无机纳米颗粒与液体电解质的混合物，以了解悬浮液在影响固体电解质界面（SEI）演化和Li⁰负极电化学性能方面的作用。

要点1. 作者研究了一种参考碳酸盐电解质（RCE：碳酸亚乙酯（EC）/碳酸二亚乙酯（DEC）/10 vol% 氟代碳酸亚乙酯（FEC）中的1 M LiPF₆），它作为标准电解质被广泛研究Li⁰负极和SEI；参考氟化电解质（RFE：氟化1, 4-二甲氧基丁烷（FDMB）中的1 M双（氟磺酰基）亚胺锂（LiFSI）），它是具有改进的Li⁺溶剂化结构的最先进电解质之一；和参考LHCE（RLHCE：1 M LiFSI在二甲氧基乙烷（DME）/1, 1, 2, 2-四氟乙基-2, 2, 3, 3-四氟丙基醚（TTE：0.78: 0.22 v/v）中）独特的Li⁺溶剂化环境。

要点2. 研究人员对Li₂O悬浮电解质的理论和实证分析，确定了Li₂O的几个关键特征：

（1）Li₂O通过Li₂O表面与其周围的液态电解质的Li⁺溶剂化壳之间的界面相互作用改变了Li⁺溶剂化环境；

（2）Li₂O通过减少Li⁺溶剂和增加Li⁺阴离子配位创造弱溶剂化环境；

（3）Li₂O促进溶剂化Li⁺的去溶剂化；

（4）Li₂O吸引氟化物质并解离Li⁺；

（5）Li₂O在Li⁰负极上诱导富含无机物和阴离子衍生的SEI；

（6）Li₂O促进在Li⁰负极上形成时间和电化学稳定的界面相；

（7）Li₂O抑制了Li⁰的枝晶生长；

（8）Li₂O是一种有益于Li⁰负极的无机材料。

作者证明了采用悬浮电解质设计的Li⁰和无负极全电池的电化学性能提高了约99.7%的库仑效率（CE）。总之，悬浮电解质设计更加有助于对SEI中的无机物（即Li₂O）的基本理解，提供了全面的电解质工程策略并指导LMBs电解质的开发。

图1. Li⁰负极的液体和悬浮电解质。

图2. 利用cryo-STEM分析紧凑型SEI。

图3. 模拟RCE和SCE的Li⁺溶剂化环境。

图4. 利用悬浮电解液设计的高性能电解液。

图5. 悬浮电解质的全电池电化学性能。

链接：

https://doi.org/10.1038/s41560-021-00962-y

https://doi.org/10.1038/s41563-021-01172-3