基于孤立溶剂化纳米团簇的高能量锂金属电池安全电解质设计

《Nature Communications》：Safe electrolyte design with isolated solvation nanoclusters for high-energy lithium metal batteries

　　

摘要

对高能量密度金属锂电池的追求往往受到严重安全隐患和有限循环寿命的阻碍，导致环境影响加剧和成本上升。在此，我们证明调节电解液组分间常被忽视的互溶性可以提供一个有效的途径。通过引入一种非配位、不可燃的环状氟化稀释剂，我们最小化了稀释剂 - 离子对之间的分子间作用力，从而促使孤立溶剂化纳米簇的形成。这种设计的微观结构可以促进 Li⁺ 传输的增强，以抑制枝晶生长，并促进富含无机物的界面的形成，从而增强界面的电化学和热稳定性。这种电解液设计使 50 μm 锂?|?|2.5 mAh cm^?2 LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ 电池在 800 次循环后能保持 80% 的容量，并在经历 8 个月的日历老化测试后保持超过 95% 的容量。此外，安时级软包电池基于软包电池的总质量可实现超过 500 Wh kg^?1 的比能量，同时能够承受完全充电状态下的针刺和 200% 过充而不发生火灾或膨胀。因此，纳米簇电解液降低了全生命周期的安全成本和单位输送能耗的材料消耗，从而共同提升了高能量密度、安全且长效金属锂电池的实际可持续性。