研究基于醚的溶剂在氧气氛围下与锂金属阳极的兼容性

《Science China-Chemistry》：Unraveling the compatibility of ether-based solvents with Li-metal anodes under O2 atmosphere

醚类溶剂对Li-O?电池中锂金属负极性能的影响研究表明，G2溶剂形成的均匀SEI膜提升锂对称电池可逆性，但氧化稳定性不足影响Li-O?长循环；G3溶剂因SEI膜动态重构导致性能劣化；G4溶剂通过氧化稳定性和均匀SEI膜实现Li-O?稳定循环。

　　

摘要

具有高理论能量密度的Li-O₂电池被认为是下一代电化学储能装置。然而，在O₂环境下的复杂电化学条件限制了Li-O₂电池中Li金属负极的进一步发展。电解液中溶剂的组成对Li金属在O₂气氛下的电化学性能有显著影响。本文从苛刻O₂环境下的Li/Li对称电池和Li-O₂电池两个角度，全面分析了典型的二甘醇（G2）、三甘醇（G3）和四甘醇（G4）醚基溶剂与Li金属负极的相容性。基于G2的电解液能够促进形成薄而均匀的固体电解质界面（SEI）膜，从而抑制枝晶生长并提高Li/Li对称电池在O₂气氛下的可充电性。然而，其在高电压下的较差氧化稳定性阻碍了Li-O₂电池的长期循环性能。在循环过程中，SEI膜会发生碎裂、积累和重构，导致基于G3的电解液中的Li/Li对称电池和Li-O₂电池的可逆性较差。而在基于G4的电解液中，相对均匀的SEI膜以及电解液的氧化稳定性所抑制的副反应共同作用，使得Li-O₂电池具有较长的稳定循环寿命。因此，在这三种醚基溶剂（G2、G3和G4）中，G2在提高O₂富集条件下Li/Li对称电池的可逆性方面更为有效，而G4则更有利于Li-O₂电池的可充电性。这项工作为选择适合O₂环境下稳定Li金属负极的溶剂提供了新的见解，并为其他金属基电池在苛刻O₂气氛下的研究开辟了新的途径。

具有高理论能量密度的Li-O₂电池被认为是下一代电化学储能装置。然而，在O₂条件下的复杂电化学环境限制了Li-O₂电池中Li金属负极的进一步发展。电解液中溶剂的组成对Li金属在O₂气氛下的电化学性能有显著影响。本文从苛刻O₂环境下的Li/Li对称电池和Li-O₂电池两个角度，全面分析了典型的二甘醇（G2）、三甘醇（G3）和四甘醇（G4）醚基溶剂与Li金属负极的相容性。基于G2的电解液能够促进形成薄而均匀的固体电解质界面（SEI）膜，从而抑制枝晶生长并提高Li/Li对称电池在O₂气氛下的可充电性。然而，其在高电压下的较差氧化稳定性阻碍了Li-O₂电池的长期循环性能。在循环过程中，SEI膜会发生碎裂、积累和重构，导致基于G3的电解液中的Li/Li对称电池和Li-O₂电池的可逆性较差。而在基于G4的电解液中，相对均匀的SEI膜以及电解液的氧化稳定性所抑制的副反应共同作用，使得Li-O₂电池具有较长的稳定循环寿命。因此，在这三种醚基溶剂（G2、G3和G4）中，G2在提高O₂富集条件下Li/Li对称电池的可逆性方面更为有效，而G4则更有利于Li-O₂电池的可充电性。这项工作为选择适合O₂环境下稳定Li金属负极的溶剂提供了新的见解，并为其他金属基电池在苛刻O₂气氛下的研究开辟了新的途径。