分子锁定策略使挥发性醚类有机电解质在锂离子电池中实现高能量输出

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Molecular-Locking Strategy Enables Volatile Ether Organic Electrolytes to Achieve High-Energy Lithium Battery

超纳米线凝胶电解质SNWGE通过三维网络结构捕获非极性溶剂并促进盐解离，实现高离子电导率（1.26 mS cm?1）、宽电压窗口（＞5.0 V）和稳定电极界面，使Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电池容量保持率88.5%（670次循环），Li-空气电池＞520次循环，成本仅为商业电解质的28.5%。

　　

图形摘要

分子锁定亚纳米纳米线凝胶电解质（SNWGE）使得使用醚溶液制备高能量锂离子电池成为可能。这种电解质通过三维网络结构捕获非极性溶剂，并促进锂盐的解离，从而实现高离子导电性、宽电位窗口和稳定的界面。Li||LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂电池在670次循环后仍能保持88.5%的容量；而Li–空气电池则可稳定运行超过520次循环。与商用碳酸盐电解质相比，SNWGE的成本仅为其28.5%，同时具备可扩展性、耐用性和更高的安全性。

摘要

由于缺乏合适的电解质溶液，高能量锂金属电池在安全性和寿命方面存在局限性。本文报道了一种利用阳离子桥接的多金属氧酸盐亚纳米线（SNW）进行分子锁定和凝胶化处理的协同效应，使得基于醚的电解质能够用于高能量锂金属电池的制备。所制备的SNW基凝胶电解质（SNWGE）具有连续的三维网络结构，能有效捕获非极性醚溶剂并促进锂盐的解离，从而避免电解质泄漏和挥发风险。通过分子间相互作用，在SNWGE中形成了均匀且连续的Li⁺传输通道，使其具备优异的离子导电性（1.26 mS cm^?1）、高氧化稳定性（最高可达5.0 V相对于Li⁺）以及良好的固体/正极电解质界面形成能力。SNWGE使Li||LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂电池在670次循环后仍能保持88%以上的容量，并具备出色的低温性能和耐滥用特性。值得注意的是，SNWGE的成本仅为商用电解质（1 M锂六氟磷酸盐在碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯中的混合物）的28.5%，这凸显了其在工业应用中的巨大潜力。当SNWGE用于Li–空气电池时，电池可稳定运行超过520次循环。该电解质设计为高能量、耐用且安全的可充电锂金属电池的发展开辟了新的路径。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。