三阴离子配位设计用于调节锂离子传输能量障碍并提升锂离子电池的性能

《Angewandte Chemie International Edition》：Triple-Anion Coordination Design for Tuning Li+ Transport Energy Barrier and Promoting the Performance of Li-Ion Battery

锂离子电池中采用三阴离子配位设计可有效抑制磷负极表面溶剂活性，通过NO3?-FSI?-TFSI?协同吸附-分解-持续释放机制，在磷阳极界面形成刚柔耦合的稳定SEI层。实验表明该电解质与LiFePO4阴极组合的全电池在50 mA g?1电流密度下循环200次后容量保持率高达94%，显著优于商业LiPF6电解质体系，并建立了阴离子富集配置调控P/醚电解质相容性的普适原理。

　　

图形摘要

通过三阴离子配位设计，形成了一个宽广且密集的“能带”，有效抑制了溶剂的反应性，并在磷（P）阳极处生成了稳定的刚性-柔性耦合界面层。这一机制基于NO₃^?-FSI^?-TFSI^?的吸附-分解-持续释放协同作用实现。

摘要

通过在溶剂包层中采用三阴离子配位设计，可以显著减轻锂化磷（P）相关界面副反应的复杂相变。研究结果表明，这种三阴离子电解质具有扩展的溶剂包层能级分布，Li⁺在溶剂包层中的迁移障碍较低，Li⁺与阴离子的配位数较高，Li⁺与醚类溶剂的配位数较低，并且具有有效的NO₃^?-FSI^?-TFSI^?吸附-分解-持续释放协同作用，从而在循环过程中生成了稳定的刚性-柔性耦合SEI层。当与LiFePO₄正极结合使用时，使用这种三阴离子醚类电解质的完整电池表现出比使用商用LiPF₆-EC/DEC电解质的电池更优异的稳定性。更重要的是，我们发现了一个普遍适用的原理来解释P/醚类电解质的兼容性：三阴离子电解质中较高的Li⁺-FSI^?配位数和较低的Li⁺与溶剂的配位数不仅拓宽了电化学窗口，还使得基于P的NCM₅₂₃全电池在50 mA g^?1的电流下经过200次循环后仍能保持94%的容量。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。