纳米级阴离子聚集体强化局部浓缩离子液体电解质的溶剂化结构实现高稳定锂金属电池

（编辑推荐）本研究创新性开发了低稀释剂含量的局部浓缩离子液体电解质（LCILE），通过引入三氟甲磺酸盐（TFS）降低介电常数，形成纳米级阴离子聚集体（N-AGGs），其快速氧化还原分解动力学促进形成薄而致密的低阻抗电极-电解质界面（EEI），使Li/NCM622电池在4.3V下循环300次容量保持率达87.8%，且通过严苛的穿刺测试，为兼具本征安全性与高电压稳定性的锂金属电池（LMBs）提供了全新设计策略。

　　

Highlight

本研究开发了一种由双(氟磺酰)亚胺锂（LiFSI）、N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓双(氟磺酰)亚胺（Pyr₁₃FSI）和微量三氟甲磺酸盐（TFS）稀释剂组成的本征安全型LCILE体系。该电解质通过低介电常数TFS强化Li⁺-FSI^?相互作用，形成独特的纳米级阴离子聚集体（N-AGGs），其加速的分解动力学促进快速构建富含无机物的致密电极界面（EEI）。

Solvation chemistry of electrolytes

经典LCILE理论认为稀释剂仅包裹Li⁺-阴离子簇而不影响溶剂化结构。但根据Looyenga混合介电常数模型，当稀释剂介电常数ε₂ < 基础溶剂ε₁时，体系整体介电常数ε_σ下降，显著增强离子间相互作用。分子动力学模拟显示，TFS的引入使FSI^?阴离子聚集尺寸从传统S-AGGs（<1nm）扩大至N-AGGs（2-3nm）。

Conclusions

这种被称为TAILE的新型电解质使Li/NCM622纽扣电池在4.3V下实现300次循环（容量保持率87.8%），1.4Ah软包电池在4.5V高压下80次循环后仍保持84.5%容量。其突破性安全性能表现为2Ah锂金属软包电池通过穿刺测试无起火爆炸，揭示了阴离子簇氧化还原动力学对界面稳定的关键作用。