高电压锂金属电池被视为下一代极具前景的高能量密度储能器件之一，并且不断朝着电动汽车、太空探索、海底作业和大规模电网储能等特殊应用领域发展。这意味着储能电池需要兼顾高能量密度，高安全性和宽的应用温度范围。但是目前广泛使用的商业碳酸酯类电解液很难满足上述需求：一方面，商业电解液中碳酸酯类溶剂较高的熔点和低的电化学窗口会大大限制电池在低温和高电压条件下的性能；另一方面，锂金属表面不稳定的固体电解质中间相(SEI)会导致锂枝晶的生长，极易刺穿隔膜，导致电池发生内短路从而引起热失控，同时碳酸酯类有机溶剂极易参与燃烧反应，从而造成严重的安全隐患。

近日，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所吴晓东研究员和许晶晶研究员等将不燃的低粘度低熔点氢氟醚惰性稀释剂与低熔点离子液体溶剂混合，同时创新性地采用超低浓度(0.1mol/L)的双氟草酸硼酸锂LiDFOB作为锂盐，成功制备出了一种可应用于宽温度范围和高电压锂金属电池体系的新型电解液。该类电解液具有极宽的液态温度范围(-~+70℃)，超高的电化学窗口(~5.75V)和完全不燃等特性。同时由于其特殊的锂离子溶剂化结构和离子液体有机阳离子的静电屏蔽作用，有利于形成稳定的SEI层，从而有效抑制锂金属负极锂枝晶的生长，大大提高锂金属电池库伦效率和循环性能。相关工作以“AdvancedUltralow-ConcentrationElectrolyteforWide-TemperatureandHigh-VoltageLi-MetalBatteries”为题发表于国际著名期刊AdvancedFunctionalMaterials，本文的第一作者是中科院苏州纳米所博士生王志诚，通讯作者为中科院苏州纳米所许晶晶研究员、刘美男研究员和吴晓东研究员。

电解液作为锂电池的“血液”，对于锂电池电化学性能和安全性具有至关重要的作用。离子液体作为一种新型的绿色溶剂，具有完全不燃，电化学窗口宽，热稳定性好等优势，但是因其高的粘度、低的离子电导率和高的熔点，大大限制其在室温和低温条件下的应用。本工作在前期工作的基础上（AdvancedEnergyMaterials,,11,），采用低粘度低熔点氢氟醚作为惰性稀释剂，可以在保证阻燃的条件下降低离子液体粘度提高其离子电导率。同时氢氟醚具有弱的锂离子溶剂化能力，高的电化学窗口和较好的锂金属稳定性，可以保持离子液体中锂离子和阴离子配位的溶剂化结构。这里选择LiDFOB作为锂盐的原因是因为其具有良好的抑制铝箔腐蚀能力，同时会优先分解形成稳定的低阻抗的SEI膜，可以有效抑制锂枝晶的生长，同时改善锂电池高低温性能。

这种超低浓度的离子液体基电解液是不可燃的，特殊的溶剂化结构能够实现锂在负极的均匀沉积（图1），含有该电解液的Li/Cu和Li/Li电池时表现出比商业电解液更高的库伦效率和更好的循环稳定性，SEM结果显示这种电解液有利于抑制锂枝晶和锂粉化的产生（图2），拉曼光谱、红外光谱和分子动力学模拟结果显示这种超低浓度电解液中Li+主要与阴离子配位、HFE并不参与配位，这样促进了阴离子的优先还原，LSV曲线证明了阴离子的优先还原，XPS结果证明了Li金属负极表面形成了一层由阴离子降解产物形成的无机组分更多的SEI膜（图3）。含有这种超低浓度安全电解液的NCM

Li电池显示出比商业电解液更好的循环性能、倍率性能、宽温度（-60~70℃）适用性（图4）。

图1.不同电解液溶剂化结构和锂金属界面化学行为流程图及燃烧性测试

图2.锂金属负极稳定性测试

图3.超低浓度电解液溶剂化结构及锂金属表面SEI表征

图4.高电压NCM/Li锂金属电池电化学性能测试

本工作开发了一种新型的超低浓度电解液，由于采用了离子液体溶剂和弱极性氢氟醚稀释剂，使得其即使在超低锂盐浓度条件下，锂离子溶剂化层主要由锂盐中DFOB-和离子液体中TFSI-阴离子构成，有利于促进阴离子的优先协同分解，从而形成稳定的富含氟化物的SEI层。同时离子液体中较高浓度的有机阳离子也会优先沉积在锂金属表面产生静电屏蔽作用，从而有效抑制锂枝晶的生长。采用超低浓度电解液可以有效降低成本，同时组装的NCM/Li锂金属电池在4.5V高电压和-60~+70℃超宽温度范围都展现出优秀的电化学性能。

ZhichengWang,HaiyangZhang,JingjingXu*,AnranPan,FengruiZhang,LeiWang,RanHan,JianchenHu,MeinanLiu*,andXiaodongWu*.AdvancedUltralow-ConcentrationElectrolyteforWide-TemperatureandHigh-VoltageLi-MetalBatteries.AdvancedFunctionalMaterials,.

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