利用π-hole效应驱动的脱氟过程，实现Li/CFx电池的快速充放电动力学

《Energy & Environmental Science》：π-hole driven defluorination for fast kinetics of Li/CFx batteries

锂/氟化碳电池中C-F键断裂及LiF积累导致动力学障碍，本研究提出π-孔介导策略，利用异噁唑（IZ）溶剂缺电子区域同步破坏C-F键并促进LiF溶解。实验表明，采用贫IZ电解质的12Ah电池在-40°C、1C条件下能量密度超540Wh/kg，而传统电解质在同等条件下失效。该策略通过π-孔与F的相互作用降低σ*轨道能量，减少Li+—F-键合，加速脱氟动力学和界面离子传输，重新定义溶剂分子在转换型电池中的功能。

　　

C–F键断裂的固有挑战以及LiF在电池中的电子绝缘性质，为锂/氟化碳（Li/CF?）电池带来了严重的动力学障碍，尤其是在极端工作条件下。现有的电解质系统无法有效解决这些相互关联的问题。在这里，我们提出了一种基于π空穴的策略，该策略利用异唑（IZ）溶剂的缺电子区域来同时破坏C–F键并促进LiF的溶解。IZ中的相邻负电性N原子和O原子会诱导出定向的π空穴，从而实现与F原子的轨道特异性配位（π空穴?F相互作用）。这些相互作用降低了σ*（C–F）反键轨道的能量，减弱了Li?–F?键的强度，从而加速了脱氟反应的动力学过程并促进了界面离子的传输。结果表明，使用基于IZ的电解质（浓度为1.5 g Ah?1）的工业级12 Ah Li/CF?（11.82 mAh cm?2）软包电池即使在严苛条件下（如-40°C、1C电流）也能实现超过540 Wh kg?1的高能量密度。而使用传统碳酸丙烯酯和1,2-二甲氧乙烷基电解质的软包电池在相同条件下无法正常放电。这项工作通过将超分子轨道工程与电解质设计相结合，重新定义了溶剂分子在转化型电池中的作用，为高功率/高能量系统提供了一个广泛适用的平台。